DE10335790B3

DE10335790B3 - Erzeuger zeitvariabler Magnetfelder eines Magnetresonanzgeräts und Magnetresonanzgerät mit dem Erzeuger

Info

Publication number: DE10335790B3
Application number: DE10335790A
Authority: DE
Inventors: Jürgen NISTLER; Stefan Stocker; Markus Dr. Vester
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2003-08-05
Filing date: 2003-08-05
Publication date: 2005-07-28
Anticipated expiration: 2023-08-06
Also published as: CN1580804A; US7061243B2; US20050206381A1

Abstract

Ein Erzeuger zeitvariabler Magnetfelder eines Magnetresonanzgeräts mit wenigstens einer Gradientenspule und einer Hochfrequenzantenne beinhaltet folgende Merkmale: DOLLAR A - zwei hohlzylinderförmige Hälften (21, 22; 21', 22'), DOLLAR A - die zueinander axial beabstandet sind, DOLLAR A - die Leiter der Gradientenspule beinhalten und DOLLAR A - die wenigstens einen axial durchlaufenden Freiraum zum Aufnehmen einer Shimvorrichtung beinhalten, und DOLLAR A - wenigstens einen Hohlleiter (32; 32') der Hochfrequenzantenne, der derart zwischen den Hälften angeordnet ist, dass seine Höhlung wenigstens einnen der Freiräume axial fortsetzt.

Description

Die Erfindung betrifft einen Erzeuger zeitvariabler Magnetfelder eines Magnetresonanzgeräts und ein Magnetresonanzgerät mit dem Erzeuger.
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 eine Hochfrequenzantenne, die zum Auslösen von Magnetresonanzsignalen Hochfrequenzsignale in das Untersuchungsobjekt einstrahlt und die ausgelösten Magnetresonanzsignale aufnimmt, auf deren Basis Magnetresonanzbilder erstellt werden.

Aus der DE 44 14 371 A1 ist ein Magnetresonanzgerät bekannt, bei dem zwischen einer Hochfrequenzantenne und einem Gradientenspulensystem des Magnetresonanzgeräts ein Hochfrequenzschirm angeordnet ist, der so ausgebildet ist, dass er für die vom Gradientenspulensystem erzeugten elektromagnetischen Felder im Niederfrequenzbereich durchlässig und für die von der Hochfrequenzantenne erzeugten Felder im Hochfrequenzbereich undurchlässig ist. Dabei umfasst der Hochfrequenzschirm eine erste und dazu eine gegenüberliegend angeordnete zweite elektrisch leitfähige Schichtanordnung, die durch ein Dielektrikum voneinander getrennt sind, wobei die Schichtanordnungen nebeneinander angeordnete Leiterbahnen umfassen, die voneinander durch elektrisch isolierende Schlitze getrennt sind, die Schlitze in der ersten Schichtanordnung gegenüber denen in der zweiten versetzt angeordnet sind und in mindestens einer Schichtanordnung benachbarte Leiterbahnen über hochfrequente Ströme leitende, speziell angeordnete Brücken, umfassend beispielsweise Kondensatoren, miteinander verbunden sind.

Die Hochfrequenzantenne des Magnetresonanzgeräts ist beispielsweise als eine sogenannte Birdcageantenne ausgebildet. Dabei ist eine Birdcageantenne zum Erzeugen eines homogenen Hochfrequenzfeldes innerhalb eines von ihr umschlossenen Volumens in der Regel derart gestaltet, dass auf einem Zylindermantel zueinander parallele und gleich beabstandete Leiter angeordnet sind, die durch Endringe miteinander verbunden sind. Dabei erfolgt eine Abstimmung in Hoch- und Tiefpassfilterbereiche, indem Kapazitäten in jedem der Leiter oder in den Endringen zwischen den Leitern eingebracht sind, so dass bei Resonanz ein homogenes Hochfrequenzfeld resultiert. Ausführungsformen einer solchen Birdcageantenne finden sich beispielsweise in der US 4,680,548 .

Ferner ist aus der DE 101 14 319 A1 ein Magnetresonanzgerätgerät bekannt, bei dem ein Antennenleiter einer Hochfrequenzantenne des Magnetresonanzgeräts einen Hohlraum bildenden gestaltet ist und der Hohlraum zum Aufnehmen einer Shimvorrichtung des Magnetresonanzgeräts vorgesehen ist.

Aus der DE 101 56 770 A1 ist schließlich ein Magnetresonanzgerät mit einem Gradientenspulensystem bekannt, bei dem eine elektrisch leitfähige Struktur derart angeordnet und ausgebildet ist, dass wenigstens innerhalb eines Abbildungsvolumens des Magnetresonanzgeräts ein von einem Gradientenfeld über Induktionseffekte hervorgerufenes Magnetfeld der Struktur dem Gradientenfeld ähnlich ist. Dabei ist in einer Ausführungsform wenigstens ein Teil der Struktur als ein Bestandteil eines Grundfeldmagneten fassmantelförmig ausgebildet. Dadurch ist unter anderem mit Vorteil das Gradientenspulensystem ohne Gradientenschirmspulen ausbildbar, da die an sich unerwünschten Folgen der geschalteten Gradientenfelder aufgrund der Ähnlichkeit des durch die Struktur hervorgerufe nen Magnetfeldes durch eine Vorverzerrung nahezu vollständig beherrschbar sind, so dass keine Schwächung der Gradientenfelder aufgrund von Gradientenschirmspulen stattfindet.

Aus der DE 102 19 769 B3 ist eine Gradientenspule bekannt, welche wenigstens einen axial durchlaufenden Freiraum zur Aufnahme einer Shimvorrichtung beinhaltet, wobei die Shimvorrichtung eine mit passiven Shimelementen bestückbare Trägervorrichtung umfasst.

Eine Aufgabe der Erfindung ist es, einen Erzeuger zeitvariabler Magnetfelder eines Magnetresonanzgeräts und ein Magnetresonanzgerät mit dem Erzeuger zu schaffen, bei dem der Erzeuger trotz Aufnahmemöglichkeit einer Shimvorrichtung kompakt ausbildbar ist.

Diese Aufgabe wird hinsichtlich des Erzeugers durch den Gegenstand des Anspruchs 1 und hinsichtlich des Magnetresonanzgeräts durch den Gegenstand des Anspruchs 15 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Gemäß Anspruch 1 beinhaltet ein Erzeuger zeitvariabler Magnetfelder eines Magnetresonanzgeräts mit wenigstens einer Gradientenspule und einer Hochfrequenzantenne folgende Merkmale:

– Zwei im Wesentlichen hohlzylinderförmige Hälften,
– die zueinander axial beabstandet sind,
– die Leiter der Gradientenspule beinhalten und
– die wenigstens einen axial durchlaufenden Freiraum zum Aufnehmen einer Shimvorrichtung beinhalten, und
– wenigstens ein Hohlleiter der Hochfrequenzantenne, der derart zwischen den Hälften angeordnet ist, dass seine Höhlung wenigstens einen der Freiräume axial fortsetzt.

Dadurch, dass die Höhlung des Hohlleiters der Hochfrequenzantenne den Freiraum fortsetzt, werden Platzvorteile genutzt, ohne dass nachteilige Wechselwirkungen eines Hochfrequenzfeldes der Hochfrequenzantenne mit der Shimvorrichtung auftreten.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispielen der Erfindung anhand der Figuren. Dabei zeigen:
1 einen Längsschnitt durch eine obere Hälfte eines Magnetresonanzgeräts mit einem tunnelartigen Patientenaufnahmeraum, mit einem Grundfeldmagneten mit fassmantelartig ausgebauchter Höhlung und mit einem zwei Hälften aufweisenden Gradientenspulensystem; zwischen dessen Hälften eine Hohlleiter aufweisende Hochfrequenzantenne angeordnet ist,
2 einen Längsschnitt durch eine obere Hälfte eines Magnetresonanzgeräts mit einem hohlzylinderförmigen Grundfeldmagneten und mit einem zwei Hälften aufweisenden Gradientenspulensystem, zwischen dessen Hälften eine Hohlleiter aufweisende Hochfrequenzantenne angeordnet ist, und
3 einen Querschnitt durch einen der Hohlleiter aus den 1 und 2 mit einer in den Hohlleiter eingebrachten passiven Shimvorrichtung und Versteifungsvorrichtung.
Die 1 zeigt als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung einen Längsschnitt durch eine obere Hälfte eines Magnetresonanzgeräts mit einem tunnelartigen Patientenaufnahmeraum. Zum Erzeugen eines im Patientenaufnahmeraum möglichst homogenen statischen Grundmagnetfeldes umfasst das Magnetresonanzgerät einen im Wesentlichen hohlzylinderförmigen supraleitenden Grundfeldmagneten, wobei ein elektrisch leitender Vakuumbehälter 12 des Grundfeldmagneten 10 zum Umsetzen des Konzepts der eingangs erwähnten DE 101 56 770 A1 im Bereich der Höhlung fassmantelartig ausgebaucht ist. In der Höhlung des Grundfeldmagneten 10 ist ein Erzeuger zeitvariabler Magnetfelder, umfassend ein nicht aktiv geschirmtes Gradientenspulensystem und eine Hochfrequenzantenne, angeordnet. Der Erzeuger ist dabei dadurch mit dem Grundfeldmagneten 10 verbunden, indem ein Zwischenraum zwischen den beiden Elementen mit einer Masse 52 ausgegossen ist, die geringe dielektrische Hochfrequenzver luste aufweist und die die Gesamtanordnung zum Verringern von mechanischen Vibrationen und Schwingungen versteift, womit bei Betrieb des Magnetresonanzgeräts einem Entstehen von Lärm entgegengewirkt wird.
Das Gradientenspulensystem umfasst zwei voneinander getrennte, hohlzylinderförmige Hälften 21 und 22, die zum Erzeugen von schnell schaltbaren Gradientenfeldern eine erste und eine zweite transversale Gradientenspule sowie eine longitudinale Gradientenspule umfassen. Zum Aufnehmen einer Shimvorrichtung umfassen die Hälften 21 und 22 in Umfangsrichtung verteilte und in axialer Richtung durchlaufende Freiräume 23 und 24. Des Weiteren ist mit Ausnahme der Öffnungen der Freiräume 23 und 24 jede der beiden Hälften 21 und 22 von einem Hochfrequenzschirm 38 im Wesentlichen eingehüllt.
Zwischen den beiden Hälften sind Hohlleiter 32 der Hochfrequenzantenne angeordnet. Dabei setzen die Höhlungen der Hohlleiter 32 die Freiräume 23 und 24 in axialer Richtung fort. Die Hohlleiter 32 sind mit dem Hochfrequenzschirm 38 hochfrequenztechnisch leitend verbunden. Dabei bildet ein Teil des Hochfrequenzschirms 38 auch einen Teil der Strompfade der Hochfrequenzantenne. In etwa in der Mitte weisen die Hohlleiter 32 für einen dazwischengeschalteten Resonanzkondensator 34 zum Ausbilden einer Tiefpassbirdcage-Hochfrequenzantenne eine Unterbrechung auf. Auch bei in die Freiräume 23 und 24 eingeführter Shimvorrichtung wird dabei der Ort der Unterbrechung von einer Belegung mit Teilen der Shimvorrichtung ausgespart. Dabei umfasst die Shimvorrichtung Trägervorrichtungen 42, die mit Elementen 44 aus einem magnetischen Material bestückt sind. In einer anderen Ausführungsform kann die Shimvorrichtung natürlich auch einen aktiven Shim umfassen.
Die 2 zeigt als ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung einen Längsschnitt durch eine obere Hälfte eines Magnetresonanzgeräts mit einem tunnelartigen Patientenaufnah meraum. Zum Erzeugen eines im Patientenaufnahmeraum möglichst homogenen statischen Grundmagnetfeldes umfasst das Magnetresonanzgerät einen in etwa hohlzylinderförmigen supraleitenden Grundfeldmagneten 10'. In der zylinderartigen Höhlung des Grundfeldmagneten 10' ist ein Erzeuger zeitvariabler Magnetfelder, umfassend ein Gradientenspulensystem und eine Hochfrequenzantenne, angeordnet.
Das Gradientenspulensystem weist zwei voneinander getrennte, hohlzylinderförmige Hälften 21' und 22' auf, die zum Aufnehmen einer Shimvorrichtung in Umfangsrichtung verteilte und in axialer Richtung durchlaufende Freiräume 23' und 24' aufweisen. Des Weiteren ist mit Ausnahme der Öffnungen der Freiräume 23' und 24' jede der beiden Hälften 21' und 22' von einem Hochfrequenzschirm 38' im Wesentlichen eingehüllt.
Zwischen den beiden Hälften sind Hohlleiter 32' der Hochfrequenzantenne angeordnet. Dabei setzen die Höhlungen der Hohlleiter 32' die Freiräume 23' und 24' in axialer Richtung fort. Die Hohlleiter 32' sind mit dem Hochfrequenzschirm 38' hochfrequenztechnisch leitend verbunden. In etwa in der Mitte weisen die Hohlleiter 32' für einen dazwischengeschalteten Kondensator 34' eine Unterbrechung auf und sind an den der Unterbrechung zugewandten Stirnseiten elektrisch leitend geschlossen. Dadurch wird automatisch auch bei in die Freiräume 23' und 24' eingeführter Shimvorrichtung der Ort der Unterbrechung von einer Belegung mit Teilen der Shimvorrichtung ausgespart. Dabei umfasst die Shimvorrichtung Trägervorrichtungen 42', die mit Elementen 44' aus einem magnetischen Material bestückt sind.
Die 3 zeigt als ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung einen Querschnitt durch einen der Hohlleiter 32 und 32'. Dabei ist der Hohlleiter 32, 32' mit einem ovalen Querschnitt derart ausgebildet, dass neben einer mit Elementen 44, 44' bestückten Trägervorrichtung 42, 42' auch zwei Stäbe 48 aus glasfaserverstärktem Kunststoff einbringbar sind, so dass unter anderem zur Unterdrückung von bei Betrieb des Magnetresonanzgeräts auftretenden Vibrationen und damit Lärm die Steifigkeit des Erzeugers deutlich erhöht wird. Daneben weist der derart ausgebildete Hohlleiter 32, 32' mit Vorteil einen geringen Hochfrequenz-Verlustwiderstand auf.
Unter anderem zur ausführlicheren Beschreibung der Vorteile eines zwei Hälften 21 und 22 bzw. 21' und 22' umfassenden Gradientenspulensystems mit dazwischen angeordneter Hochfrequenzantenne gegenüber konventionellen Lösungen und der Verteilung von Leitern von Gradientenspulen auf die beiden Hälften 21 und 22 bzw. 21' und 22' wird auf die Patentanmeldung mit dem amtlichen Aktenzeichen 103 13 229.5 der Anmelderin hingewiesen.

Claims

Erzeuger zeitvariabler Magnetfelder eines Magnetresonanzgeräts mit wenigstens einer Gradientenspule und einer Hochfrequenzantenne, beinhaltend folgende Merkmale: – Zwei hohlzylinderförmige Hälften (21,22;21',22'), – die zueinander axial beabstandet sind, – die Leiter der Gradientenspule beinhalten und – die wenigstens einen axial durchlaufenden Freiraum zum Aufnehmen einer Shimvorrichtung beinhalten, und – wenigstens ein Hohlleiter (32;32') der Hochfrequenzantenne, der derart zwischen den Hälften angeordnet ist, dass seine Höhlung wenigstens einen der Freiräume (23, 24; 23', 24') axial fortsetzt.
Erzeuger nach Anspruch 1, wobei der Hohlleiter (32;32') eine Unterbrechung aufweist.
Erzeuger nach Anspruch 2, wobei die Unterbrechung in einem Mittenbereich der Beabstandung angeordnet ist.
Erzeuger nach einem der Ansprüche 2 oder 3, wobei die Unterbrechung durch einen Kondenstor (34;34') überbrückt ist.
Erzeuger nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei der Hohlleiter (32;32') beiderseits der Unterbrechung stirnseitig geschlossen ausgebildet ist.
Erzeuger nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei jede der Hälften (21,22;21',22'), von einem Hochfrequenzschirm (38;38') umschlossen ist.
Erzeuger nach Anspruch 6, wobei der Hochfrequenzschirm (38;38') Öffnungen des Freiraums (23,24;23',24') ausspart.
Erzeuger nach einem der Ansprüche 6 oder 7, wobei der Hohlleiter (32;32') mit dem Hochfrequenzschirm (38;38') hochfrequenztechnisch leitend verbunden ist.
Erzeuger nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei der Hochfrequenzschirme (38;38') derart gestaltet ist, dass er für ein mit der Gradientenspule erzeugbares Gradientenfeld durchlässig und für ein mit der Hochfrequenzantenne erzeugbares Hochfrequenzfeld undurchlässig ist.
Erzeuger nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Hochfrequenzantenne als eine Birdcageantenne ausgebildet ist.
Erzeuger nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Shimvorrichtung eine mit passiven Shimelementen (44; 44') bestückbare Trägervorrichtung (42;42') umfasst.
Erzeuger nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei der Freiraum (23,24;23',24') zum Mitaufnehmen einer Versteifungsvorrichtung ausgebildet ist.
Erzeuger nach Anspruch 12, wobei die Versteifungsvorrichtung wenigstens einen Stab (48) umfasst.
Erzeuger nach Anspruch 13, wobei der Stab (48) faserverstärkten Kunststoff umfasst.
Magnetresonanzgerät mit einem Erzeuger nach einem der Ansprüche 1 bis 14.
Magnetresonanzgerät nach Anspruch 15, wobei das Magnetresonanzgerät eine elektrisch leitfähige Struktur umfasst, – die die Gradientenspule wenigstens teilweise umgibt und – die ausgelöst durch eine Stromänderung in der Gradientenspule ein Wirbelstromfeld erzeugt, wobei wenigstens ein Anteil des Wirbelstromfelds hinsichtlich wenigstens einem nichtlinearen Anteil eines mit der Gradientenspule erzeugbaren Gradientenfelds innerhalb eines Abbildungsvolumens des Magnetresonanzgeräts kompensierend wirkt.
Magnetresonanzgerät nach Anspruch 16, wobei die Gradientenspule und die Struktur derart aufeinander abgestimmt gestaltet sind, dass das Wirbelstromfeld innerhalb des Abbildungsvolumens dem Gradientenfeld ähnlich ist.
Magnetresonanzgerät nach einem der Ansprüche 16 oder 17, wobei das Magnetresonanzgerät einen Grundfeldmagneten (10) umfasst und wenigstens ein Teil des Grundfeldmagneten (10) als wenigstens ein Teil der Struktur ausgebildet ist.
Magnetresonanzgerät nach Anspruch 18, wobei der Grundfeldmagnet (10) ein supraleitender Grundfeldmagnet ist, dessen Vakuumbehälter (12) als die Struktur ausgebildet ist.
Magnetresonanzgerät nach einem der Ansprüche 16 bis 19, wobei die Struktur fassmantelförmig ausgebildet ist.