DE10345766B3

DE10345766B3 - Erzeuger zeitvariabler Magnetfelder eines Magnetresonanzgeräts und Magnetresonanzgerät mit dem Erzeuger

Info

Publication number: DE10345766B3
Application number: DE10345766A
Authority: DE
Inventors: Jürgen NISTLER; Stefan Stocker; Markus Dr. Vester
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2003-10-01
Filing date: 2003-10-01
Publication date: 2005-08-11
Anticipated expiration: 2023-10-02
Also published as: CN1619329A; US7173422B2; US20050099180A1

Abstract

Ein Erzeuger zeitvariabler Magnetfelder eines Magnetresonanzgeräts beinhaltet folgende Merkmale:
- Wenigstens eine Gradientenspule, deren Leiter sich im Wesentlichen im Bereich eines Hohlzylinders erstrecken und die hinsichtlich einer axialen Ausdehnung des Hohlzylinders in einem Mittenbereich frei von Leitern ausgebildet ist,
- einen Hochfrequenzschirm, der den Mittenbereich freilassend die Leiter der Gradientenspule im Wesentlichen umschließt,
- Teile einer Hochfrequenzantenne, die in dem Mittenbereich angeordnet sind,
- und eine zur Hochfrequenzantenne zugehörige koaxiale Anschlussleitung, die den Erzeuger im Wesentlichen axial durchdringend den Hochfrequenzschirm an wenigstens zwei Stellen durchstößt.

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 38 11 983 A1 ist es beispielsweise bekannt, eine Hochfrequenzantenne eines Magnetresonanzgeräts über ein Koaxialkabel mit einer Hochfrequenzsende- und -empfangseinheit des Magnetresonanzgeräts zu verbinden. Dabei ist in das Koaxialkabel eine speziell ausgebildete Mantelwellensperre eingefügt.

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.

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 hervorgerufenen Magnetfeldes durch eine Vorverzerrung nahezu vollständig beherrschbar sind, so dass keine Schwächung der Gradientenfelder aufgrund von Gradientenschirmspulen stattfindet.

Aus der US 4,839,594 ist eine Gradientenspulenanordnung bekannt, deren Leiter sich im Bereich eines Hohlzylinders erstrecken, wobei zwei Teilspulen axial nebeneinander angeordnet sind. Eine Sendespule ist radial innerhalb der Teilspulen zwischen diesen beiden Teilspulen angeordnet.

Die Verwendung einer zylindrischen Abschirmungsschicht aus elektrisch leitfähigem Material auf zumindest einer Innen seite oder Außenseite einer Gradientenfelderzeugungsspulenanordnung ist aus DE 34 45 724 A1 bekannt.

Eine Aufgabe der Erfindung ist es, einen Erzeuger zeitvariabler Magnetfelder eines Magnetresonanzgeräts zu schaffen, bei dem eine Hochfrequenzantenne des Erzeugers in kompakter Weise anschließbar ist.

Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Gemäß Anspruch 1 beinhaltet ein Erzeuger zeitvariabler Magnetfelder eines Magnetresonanzgeräts folgende Merkmale:

– Wenigstens eine Gradientenspule, deren Leiter sich im Bereich eines Hohlzylinders erstrecken und die hinsichtlich einer axialen Ausdehnung des Hohlzylinders in einem Mittenbereich frei von Leitern ausgebildet ist,
– einen Hochfrequenzschirm, der den Mittenbereich freilassend die Leiter der Gradientenspule umschließt,
– Teile einer Hochfrequenzantenne, die in dem Mittenbereich angeordnet sind, und
– eine zur Hochfrequenzantenne zugehörige koaxiale Anschlussleitung, die den Erzeuger axial durchdringend den Hochfrequenzschirm an wenigstens zwei Stellen durchstößt.

Dadurch, dass die Speisung bzw. Zuleitung der Hochfrequenzantenne durch die Gradientenspule hindurch erfolgt, wird ein kompakter Gesamtaufbau des Erzeugers erreicht, so dass beispielsweise für einen hohen Patientenkomfort der Erzeuger gegenüber vergleichbaren konventionellen Lösungen bei gleichem Außendurchmesser mit einem vergleichsweise großen Innendurchmesser ausbildbar ist.

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, mit einem von einem Hochfrequenzschirm umschlossenen Gradientenspulensystem und mit einer das Gradientenspulensystem in axialer Richtung durchdringenden koaxialen Anschlussleitung für eine Hochfrequenzantenne, und
2 einen Längsschnitt durch eine obere Hälfte eines Magnetresonanzgeräts mit einem tunnelartigen Patientenaufnah meraum, mit einem Grundfeldmagneten mit zylinderförmiger Höhlung, mit einem von einem Hochfrequenzschirm umschlossenen Gradientenspulensystem und mit einer das Gradientenspulensystem in axialer Richtung durchdringenden koaxialen Anschlussleitung für eine Hochfrequenzantenne.
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 zum Umsetzen des Konzepts der eingangs erwähnten DE 101 56 770 A1 im Bereich der Höhlung fassmantelartig ausgebaucht ist. In der Höhlung des Grundfeldmagneten ist ein Erzeuger zeitvariabler Magnetfelder, umfassend ein nicht aktiv geschirmtes Gradientenspulensystem und eine Hochfrequenzantenne, angeordnet. Der Erzeuger ist dabei dadurch mit dem Grundfeldmagneten verbunden, indem ein Zwischenraum zwischen den beiden Elementen mit einer Masse 60 ausgegossen ist, die geringe dielektrische Hochfrequenzverluste 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 Einheiten 21 und 22, die zum Erzeugen von schnell schaltbaren Gradientenfeldern eine erste und eine zweite transversale Gradientenspule sowie eine longitudinale Gradientenspule umfassen. Jede der beiden Einheiten 21 und 22 ist dabei von einem Hochfrequenzschirm 40 im Wesentlichen eingehüllt. Zwischen dem Hochfrequenzschirm 40 der beiden Einheiten 21 und 22 sind Teile einer Hochfrequenzantenne angeordnet, die beispielsweise zum Ausbilden einer Tiefpassbirdcage-Hochfrequenzantenne Antennenstäbe 34 und Resonanz kondensatoren 32 umfassen. Dabei bildet ein Teil des Hochfrequenzschirms 40 auch einen Teil der Strompfade der Hochfrequenzantenne, wozu die besagten Teile der Hochfrequenzantenne mit dem Hochfrequenzschirm 40 hochfrequenztechnisch leitend verbunden sind.
Zum Verbinden mit einer Hochfrequenzsende- und -empfangseinheit des Magnetresonanzgeräts ist die Hochfrequenzantenne mit einer koaxialen Anschlussleitung 50 verbunden. Dabei durchdringt die Anschlussleitung 50 die Einheit 21 in axialer Richtung. An den Stellen, an denen die Anschlussleitung 50 den Hochfrequenzschirm 40 durchstößt, ist ein Schirm 52 der koaxialen Anschlussleitung 50 mit dem Hochfrequenzschirm 40 leitend verbunden. Der Mittenleiter 54 der koaxialen Anschlussleitung 50 ist dabei zwischen die Kondensatoren 32 der Hochfrequenzantenne geführt und dort mit ihr verbunden. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind dabei die koaxiale Anschlussleitung 50 überverhältnismäßig groß und die Kondensatoren 32 der Hochfrequenzantenne lediglich als Schaltungssymbole dargestellt.
Aufgrund der räumlichen Nähe des Gradientenspulensystems und damit des Hochfrequenzschirms 40 zum Vakuumbehälter 12 und der damit einhergehenden kapazitiven Kopplung, befindet sich der Hochfrequenzschirm 40 hochfrequenztechnisch auf Massepotential, was das Verbinden des Schirms 52 der koaxialen Anschlussleitung 50 mit dem Hochfrequenzschirm 40 ermöglicht und beispielsweise ein Einbringen von speziellen Mantelwellensperren in den Schirm 52 erübrigt. In anderen Ausführungen kann der Hochfrequenzschirm 40 auch mittels einiger in Umfangsrichtung verteilt angeordneter Kurzschlussbändchen, die mit oder ohne Reihenkondensatoren zur Kompensation einer Eigeninduktivität der Kurzschlussbändchen versehen sein können, mit dem Vakuumbehälter 12 elektrisch leitend verbunden sein. Bei einer Ausbildung der Hochfrequenzantenne als zirkular polarisierende Antenne sind dabei zwei derartige koaxiale Anschlussleitungen 50 durch eine oder beide der Einheiten 21 und 22 in der aufgezeigten Art und Weise zu führen.
Die 2 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 10'. In der zylinderförmigen Höhlung des Grundfeldmagneten 10' ist ein Erzeuger zeitvariabler Magnetfelder, umfassend ein nicht aktiv geschirmtes Gradientenspulensystem und eine Hochfrequenzantenne, angeordnet.
Das Gradientenspulensystem umfasst zwei voneinander getrennte, hohlzylinderförmige Einheiten 21' und 22'. Jede der beiden Einheiten 21' und 22' ist dabei von einem Hochfrequenzschirm 40' im Wesentlichen eingehüllt. Zwischen dem Hochfrequenzschirm 40' der beiden Einheiten 21' und 22' sind Teile einer Hochfrequenzantenne angeordnet, die beispielsweise zum Ausbilden einer Tiefpassbirdcage-Hochfrequenzantenne Antennenstäbe 34' und Resonanzkondensatoren 32' umfassen.
Zum Verbinden mit einer Hochfrequenzsende- und -empfangseinheit des Magnetresonanzgeräts ist die Hochfrequenzantenne mit einer koaxiale Anschlussleitung 50' verbunden. Dabei durchdringt die Anschlussleitung 50' die Einheit 21' in axialer Richtung. An den Stellen, an denen die Anschlussleitung 50' den Hochfrequenzschirm 40' durchstößt, ist ein Schirm 52' der koaxialen Anschlussleitung 50' mit dem Hochfrequenzschirm 40' leitend verbunden. Der Mittenleiter 54' der koaxialen Anschlussleitung 50' ist über einen Anpasskondensator 56' zu der Hochfrequenzantenne geführt und dort mit ihr verbunden. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind dabei die koaxiale Anschlussleitung 50' überverhältnismäßig groß und die Kondensatoren 32' und 56' lediglich als Schaltungs symbole dargestellt. Ansonsten gilt das zur 1 Beschriebene bei der 2 entsprechend.
Das vorausgehend Beschriebene gilt in entsprechender Weise auch für aktive geschirmte Gradientenspulensysteme und/oder auch für Erzeuger zeitvariabler Felder, bei denen das Gradientenspulensystem nicht vollständig in zwei voneinander baulich getrennte Hälften zerfällt.
Unter anderem zur ausführlicheren Beschreibung der Vorteile eines zwei Einheiten 21 und 22 oder 21' und 22' umfassenden Gradientenspulensystems mit dazwischen angeordneter Hochfrequenzantenne gegenüber konventionellen Lösungen und der Verteilung von Leitern von Gradientenspulen auf die beiden Einheiten 21 und 22 oder 21' und 22' wird auf die nachveröffentlichte DE 10 2004 012 A1 der Anmelderin hingewiesen.

Claims

Erzeuger zeitvariabler Magnetfelder eines Magnetresonanzgeräts, beinhaltend folgende Merkmale: – Wenigstens eine Gradientenspule, deren Leiter sich im Bereich eines Hohlzylinders erstrecken und die hinsichtlich einer axialen Ausdehnung des Hohlzylinders in einem Mittenbereich frei von Leitern ausgebildet ist, – einen Hochfrequenzschirm (40; 40'), der den Mittenbereich freilassend die Leiter der Gradientenspule umschließt, – Teile einer Hochfrequenzantenne, die in dem Mittenbereich angeordnet sind, und – eine zur Hochfrequenzantenne zugehörige koaxiale Anschlussleitung (50; 50'), die den Erzeuger axial durchdringend den – Hochfrequenzschirm (40; 40') an wenigstens zwei Stellen durchstößt.
Erzeuger nach Anspruch 1, wobei ein Schirm (52; 52') der koaxialen Anschlussleitung (50; 50') an den Stellen mit dem Hochfrequenzschirm (40; 40') hochfrequenztechnisch leitend verbunden ist.
Erzeuger nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei ein Mittenleiter (54; 54') der koaxialen Anschlussleitung (50; 50') zwischen zwei Kondensatoren (32; 32') der Hochfrequenzantenne angeschlossen ist.
Erzeuger nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei ein Mittenleiter der koaxialen Anschlussleitung über einen Anpasskondensator (56') an die Hochfrequenzantenne angeschlossen ist.
Erzeuger nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Teile der Hochfrequenzantenne mit dem Hochfrequenzschirm (40; 40') hochfrequenztechnisch leitend verbunden sind.
Erzeuger nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Hochfrequenzantenne als eine Birdcageantenne ausgebildet ist.
Erzeuger nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Mittenbereich einen hohlzylinderförmigen Bereich umfasst.
Erzeuger nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei sich die Hochfrequenzantenne innerhalb des Hohlzylinders erstreckt.
Erzeuger nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei ein wenigstens die Gradientenspule beinhaltendes Gradientenspulensystem wenigstens zwei voneinander baulich getrennte Einheiten 21, 22, 21', 22' aufweist, zwischen denen die Teile der Hochfrequenzantenne angeordnet sind.
Erzeuger nach Anspruch 9, wobei jede der Einheiten 21, 22, 21', 22' für sich vom Hochfrequenzschirm (40; 40') umschlossen ist.
Magnetresonanzgerät mit einem Erzeuger nach einem der Ansprüche 1 bis 10.
Magnetresonanzgerät nach Anspruch 11, wobei das Magnetresonanzgerät einen Grundfeldmagneten (10') umfasst, der eine Höhlung aufweist, in der der Erzeuger angeordnet ist.
Magnetresonanzgerät nach Anspruch 12, wobei der Grundfeldmagnet (10') ein supraleitender Grundfeldmagnet ist, dessen Vakuumbehälter (12) die Höhlung bildet.
Magnetresonanzgerät nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei das Magnetresonanzgerät eine elektrisch leitfähige Struktur umfasst, – die den Erzeuger 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 erzeug baren Gradientenfelds innerhalb eines Abbildungsvolumens des Magnetresonanzgeräts kompensierend wirkt.
Magnetresonanzgerät nach Anspruch 14, 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 14 oder 15, wobei wenigstens ein Teil der Struktur von wenigstens einem Teil eines Grundfeldmagneten (10') des Magnetresonanzgeräts gebildet ist.
Magnetresonanzgerät nach Anspruch 16, wobei der Grundfeldmagnet (10') ein supraleitender Grundfeldmagnet ist, dessen Vakuumbehälter (12) als die Struktur ausgebildet ist.
Magnetresonanzgerät nach einem der Ansprüche 14 bis 17, wobei die Struktur in etwa fassmantelförmig ausgebildet ist.