DE10347432A1

DE10347432A1 - Transversale Gradientenspulenanordnung für erweiterten Patientenaufnahmeraum

Info

Publication number: DE10347432A1
Application number: DE2003147432
Authority: DE
Inventors: Oliver Dr. Heid
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2003-10-13
Filing date: 2003-10-13
Publication date: 2005-05-25

Abstract

Transversale Gradientenspulenanordnung mit Primärspulen für Kernspintomografiegeräte, vorzugsweise mit aktiver Abschirmung über Sekundärspulen, wobei der Spulenträger für die inneren Primärspulen und damit der Spuleninnenraum zur verbesserten Patientenaufnahme sich zu den Stirnenden erweitert und wobei die Spulen so ausgestaltet sind, dass sie im Zeitraum eines linearen Magnetfeldgradienten erzeugen, wobei die Gradientenspulenträgerstruktur aus abwickelbaren Flächen gebildet ist, derart, dass jede geschlossene Leiterschleife ganz auf einem abwickelbaren Flächenabschnitt angeordnet ist, wobei die geometrische Verzerrung der abgewickelten Leiteranordnung bei der Erstellung der ebenen Trägerplatten für die Spulen berücksichtigt sind.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine transversale Gradientenspulenanordnung mit Primärspulen für Kernspintomografiegeräte, vorzugsweise mit aktiver Abschirmung über Sekundärspulen, wobei der Spulenträger für die inneren Primärspulen und damit der Spuleninnenraum zur verbesserten Patientenaufnahme sich zu den Stirnenden erweitert und wobei die Spulen so ausgebildet sind, dass sie im Zentrum einen linearen Magnetfeldgradienten erzeugen.

Eine derartige transversale Gradientenspulenanordnung ist bereits aus der DE 44 22 782 A1 bekannt geworden, wobei das Wesen dieser bekannten Gradientenspulenanordnung darin besteht, dass in axialer Richtung der Gradientenspulenanordnung weiter vom Zentrum entfernte Windungen der Primär- und Sekundärspule einen kleineren radialen Abstand zueinander aufweisen als nahe am Zentrum liegende Windungen. Durch diese Anordnung soll erreicht werden, dass eine verbesserte Homogenität des Magnetfeldes im Untersuchungsvolumen bei gleichzeitiger Möglichkeit einer Spulenverkürzung erreicht wird.

Der Nachteil dieser bekannten Anordnung liegt darin, dass die Leiterschleifen sich über unterschiedlich geformte Abschnitte des Spulenträgers erstrecken müssen, wodurch eine sehr komplizierte Formgebung der Schleifen und eine sehr komplizierte Verlegung notwendig ist. Man kann in diesem Fall nicht mehr wie bei den typischen transversalen Gradientenspulen arbeiten, bei denen die flachen Sattelspulen auf ebenen Trägerplatten vorgefertigt, dann in eine zylindrische Form gebogen und schließlich zu einer kompletten Gradientenspule vereinigt, zum Beispiel vergossen, werden.

Dieser Nachteil der komplizierten Fertigung der Gradientenspulen bei einer Anordnung, wie sie in der DE 44 22 782 A1 beschrieben ist, gilt auch für nichtzylindrische Gradientenspulen, die in Form von Rotationshyperboloiden ausgebildet sind. Auch in diesem Fall ist die mechanische Konstruktion außerordentlich aufwändig.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine transversale Gradientenspulenanordnung der eingangs genannten Art, bei der zur verbesserten Patientenaufnahme die Spule außerhalb des zentrischen Untersuchungsvolumens nach außen konisch erweitert ist, damit die Untersuchung für die Patienten angenehmer und ohne die Gefahr von Platzangst ablaufen kann, so auszugestalten, dass nach wir vor eine einfache Vorfertigung der Gradientenspulen auf ebenen Trägerplatten stattfinden kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Gradientenspulenträgerstruktur aus abwickelbaren Flächen gebildet ist derart, dass jede geschlossene Leiterschleife ganz auf einem abwickelbaren Flächenabschnitt angeordnet ist.

Durch die erfindungsgemäße Anordnung wird trotz einer nichtzylindrischen Struktur gewährleistet, dass die Leiterschleifen, die auf einem abwickelbaren Flächenabschnitt angeordnet sind, als ebene Trägerplatten vorgefertigt werden können, wobei gegebenenfalls relativ komplizierte Formen der Gradientenspulenträgerstruktur vorhanden sein können. Wesentlich ist nur, dass jede geschlossene Leiterschleife ganz auf einem abwickelbaren Flächenabschnitt angeordnet ist, was im einfachsten Fall dann erreicht ist, wenn die Gradientenspulenträgerstruktur gegeneinander gestellte Kegelstumpfmantelflächen aufweist, wobei sowohl ein Kreiskegel als auch ein elliptischer Kegel vorgesehen sein könnte.

Bei Vorsehen einer aktiven Schirmung über Sekundärspulen soll der Spulenträger der die Schirmung bildenden äußeren Sekundärspule bevorzugt zylindrisch ausgebildet sein.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Dabei zeigen:
1 eine Darstellung eines Kegelmantels in Zylinderkoordinaten,
2 eine Abwicklung des Kegelmantels nach 1 in die x, z-Ebene,
3 eine typische transversale Gradientenspule mit Kegelmantelform (1/8, in Φ-z-Darstellung),
4 eine planare Abwicklung derselben Gradientenspule in der x, z-Ebene,
5 einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße aktiv geschirmte Gradientenspule mit integriertem HF-Resonator und
6 einen der 5 entsprechenden Schnitt durch eine Anordnung mit integriertem Doppel-HF-Resonator.
Beim Entwurf der Leiteranordnung ist die geometrische Verzerrung der abgewickelten Leiteranordnung zu berücksichtigen. Für Kegelmäntel ergibt sich folgende Abbildung: ein Punkt mit den Zylinderkoordinaten (z, r, Φ) der sich auf einem Kegelmantel mit der Spitze bei Z_s befindet (1) wird bei der ebenen Abwicklung in die (x, z)-Ebene (siehe 2) abgebildet in dem Punkt
. Eine typische transversale Gradientenspulenanordnung mit Kegelmantelform hat damit folgendes Aussehen, wie es in 3 dargestellt ist, wobei die planare Abwicklung derselben Gradientenspule in die (x, z)-Ebene in 4 dargestellt ist. Das Wesen der erfindungsgemäß vorgeschlagenen speziellen nichtzylindrischen Gradientenspulengeometrie besteht darin, dass der Spulenträger sich aus abwickelbaren Flächen derart aufbaut, dass jede geschlossene Leiterschleife auf genau einer abwickelbaren Fläche angeordnet ist. Es soll also nicht der Fall eintreten können, dass, wie bei der eingangs angesprochenen Anordnung, geschlossene Leiterschleifen teilweise auf einem Kegelmantel und teilweise auf einem Zylinder angeordnet sind. Damit ist gewährleistet, dass die planare Abwicklung jeder Leiterschleife ohne Dehnung, Stauchung, Unterbrechung oder nachträgliche Verbindung von Leitern in die gewünschte dreidimensionale Form durch Biegung entlang von Biegelinien sich überführen lässt.
Die schematisch in 5 gezeigte aktiv geschirmte Gradientenspulenanordnung, wobei die Wicklungen hier nicht dargestellt ist, sondern lediglich die Formen der Gradientenspulenträgerstruktur, umfasst einen Gradientenspulenträger 1 aus zwei gegeneinander gestellten kegelstumpfförmigen Abschnitten 1a und 1b mit einem integrierten HF-Resonator 2. Bei 3 ist der zylindrische Spulenträger für die äußeren der Abschirmung dienenden Sekundärspulen angedeutet. Selbstverständlich wäre dabei anstelle des integrierten HF-Resonators 2 auch die übliche Form eines innen eingeschobenen, als separate Spulenanordnung ausgebildeten HF-Resonators denkbar, doch würde diese wiederum den lichten Innenraum zur Aufnahme eines Patienten einschränken oder aber einen entsprechend größeren Gradientenspulendurchmesser erfordern, was wiederum den entscheidenden Nachteil mit sich brächte, dass zur Erzielung eines vorgegebenen Magnetfeldes wesentlich größere Ströme erforderlich wären.
Bei der Gradientenspulenanordnung nach 2 sind den Gradientenspulenträgern 1a' und 1b' zwei Spulenanordnungen 2a' und 2b' zur Bildung eines Doppel-HF-Resonators zwischengeordnet, während ansonsten die Geometrie auch hinsichtlich des zylindrischen Sekundärspulenträgers 3 gleich ist wie bei 5.
Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. So könnten die Gradientenspulenträger 1 und 1' auch wesentlich kompliziertere Formen aufweisen als die dargestellten Kegelstümpfe, wobei statt zylindrischen Kegelstümpfen auch elliptische Kegelstümpfe eingesetzt werden könnten. Wesentlich ist immer nur, dass die Trägerstruktur so ausgebildet ist, dass jede geschlossene Leiterschleife auf genau einer abwickelbaren Fläche angeordnet ist.

Claims

Transversale Gradientenspulenanordnung mit Primärspulen für Kernspintomografiegeräte, vorzugsweise mit aktiver Abschirmung über Sekundärspulen, wobei der Spulenträger für die inneren Primärspulen und damit der Spuleninnenraum zur verbesserten Patientenaufnahme sich zu den Stirnenden erweitert und wobei die Spulen so ausgestaltet sind, dass sie im Zentrum einen linearen Magnetfeldgradienten erzeugen, dadurch gekennzeichnet, dass die Gradientenspulenträgerstruktur aus abwickelbaren Flächen gebildet ist derart, dass jede geschlossene Leiterschleife ganz auf einem abwickelbaren Flächenabschnitt angeordnet ist, wobei die geometrische Verzerrung der abgewickelten Leiteranordnung bei der Erstellung der ebenen Trägerplatten für die Spulen berücksichtigt sind.
Gradientenspulenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gradientenspulenträgerstruktur gegeneinandergestellte Kegelstumpfmantelflächen aufweist (Kreiskegel oder elliptischer Kegel).
Gradientenspulenanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass den gegeneinander gestellten kegelstumpfmantelförmigen Primärspulen ein HF-Resonator (2, 2') zwischengeordnet ist.
Gradientenspulenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die lichte Weite des Innenraums der Primärspule in der Mitte ca. 60 cm beträgt.
Gradientenspulenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Spulenträger der die Schirmung bildenden äußeren Sekundärspule zylindrisch ausgebildet ist.