DE19523758C2 - Gradientenspulensystem - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Gradientenspulensystem.

In der EP 0 587 423 A1 ist ein Gradientenspulensystem beschrieben, enthaltend einen Spulenkörper, in dem Gradientenspulen zum Erzeugen von Gradientenmagnetfeldern vorgesehen sind und Abschirmspulen zum Abschirmen von magnetischen Streufeldern der Gradientenspulen.

Zudem ist in der US 5,256,969 A ein Gradientenspulensystem beschrieben, bei dem ein Spulenkörper einen ringförmigen Körperabschnitt mit einer Zahl von offenen Stellen in der Umfangswand des röhrenförmigen Körperabschnitts aufweist. Schwingungen des Spulenkörpers werden schnell über die offenen Stellen gedämpft.

Schließlich betrifft die DE 41 41 514 A1 ein Gradientenspulensystem für ein Kernspin-Tomographiegerät. Hier sind einzelne Gradientenspulen auf einem Tragrohr befestigt, das aus zwei konzentrischen Schalen aufgebaut ist. Die beiden Schalen sind in Längsrichtung über Verbindungselemente schubsteif miteinander verbunden.

Weiterhin zeigt die Fig. 5 ein Strukturschaltbild, das im Prinzip den gesamten Aufbau eines Magnetresonanz- Diagnosegeräts zeigt, wie es beispielsweise in der JP 3-17 35 30 A offenbart ist.

In der Fig. 5 bezeichnet das Bezugszeichen 1 einen Magneten zum Erzeugen eines magnetostatischen Feldes in einem Innenraum 2. Das Bezugszeichen 3 bezeichnet einen Patienten, der dem magnetostatischen Feld ausgesetzt ist, während er beispielsweise auf dem Bett 4 liegt. Das Bezugszeichen 5 bezeichnet eine Bestrahlungsspule, die um den Patienten 3 herum angeordnet ist. Das Bezugszeichen 6 bezeichnet einen Generator für ein Gradientenfeld, dem ein Treiberstrom zum Erregen aus einer Energieversorgung 7 für ein Gradientenfeld zugeführt wird und der an der Außenseite der Bestrahlungsspule 5 vorgesehen ist, um Gradientenfelder entlang der X-, Y- und Z-Achse zu erzeugen, die einander im rechten Winkel kreuzen. Das Bezugszeichen 8 bezeichnet eine Empfangsspule die in der Nähe des Kopfes des Patienten 3 angeordnet ist. Das Bezugszeichen 9 bezeichnet einen mit der Bestrahlungsspule 5 verbundenen Transmitter zum Zuführen eines Hochfrequenzsignals, damit ein hochfrequentes Magnetfeld erzeugt wird, um ein Magnetresonanzsignal zu erhalten.

Aufgrund der Funktion eines magnetostatischen Feldes, eines Gradientenfeldes und eines hochfrequenten Magnetfeldes wird von dem Patienten 3 ein Magnetresonanzsignal erzeugt. Dieses Magnetresonanzsignal wird durch die Empfangsspule 8 erfaßt, und das durch einen Receiver 10 empfangene Signale wird durch einen Datenprozessor 11 zum Erzeugen eines Bildes verarbeitet. Im Ergebnis werden die erhaltenen Daten auf einem Kathodenstrahlbildschirm 12 als zu untersuchendes Bild angezeigt.

Das Bezugszeichen 13 bezeichnet einen Controller zum Zuführen eins Steuersignals zu der Energieversorgung 7 für ein Gradientenfeld, zu dem Transmitter 9 und zu dem Receiver 10, damit deren Betrieb, Inhalt und Zeitablauf gesteuert wird.

Die Fig. 5 zeigt eine Frontansicht der Hauptspulen und Abschirmspulen eines Generators für ein Gradientenfeld. Die Fig. 6 zeigt eine Seitenansicht von Fig. 5.

Wie in Fig. 5 und 6 gezeigt ist, sind insgesamt vier Spulen 15 für die X-Achse, d. h. zwei Paare von einander gegenüberliegenden Spulen 15, über einen zylindrischen Spulenkörper 14 vorgesehen, und insgesamt sind vier Spulen 16 für die Y-Achse, d. h. zwei Paare einander gegenüberliegender Spulen 15, ebenfalls über den zylindrischen Spulenkörper 14 vorgesehen. Die Spulen 15 und 16 weisen alle eine Sattelform auf. Ferner sind zwei Spulen 17 für die Z-Achse, jedoch nicht als Paar, auf den Wickelkörper 14 aufgewickelt.

In der Fig. 6 zeigen die Pfeile bei jeder der Spulen 15, 16 und 17 die Richtungen der Ströme in einem beliebigen Zeitpunkt an, die jeweils zusammenwirken.

Fig. 7 zeigt ein Strukturschaltbild einer Kombination von Hauptspulen und Abschirmspulen zum Vermeiden von nach außen gerichteten Magnetfeld-Streuverlusten. Die Fig. 8 zeigt eine Querschnittsansicht der Fig. 7 entlang einer Linie XI-XI.

In der Fig. 7 und der Fig. 8 kennzeichnet das Bezugszeichen 23 Hauptspulen, die um den Spulenkörper 14 gewickelt sind, über dem die Spulen 15, 16 und 17 angeordnet sind, wie in Fig. 6 gezeigt ist. Das Bezugszeichen 24 kennzeichnet Abschirmspulen zum Abschirmen von nach außen gerichteten Magnetfeld-Streuverlusten der Hauptspulen 23, die aus einer Spule 24a für die X-Achse, einer Spule 24b für die Y-Achse und einer Spule 24c für die Z-Achse aufgebaut sind, die alle um einen Wickelkörper 25 gewickelt sind, der unter Einhalten eines vorgegebenen Abstandes um die Hauptspulen 23 herum vorgesehen ist. Das Bezugszeichen 26 kennzeichnet eine zwischen den Spulenkörpern 14 und 25 vorgesehene Haltevorrichtung zum Festlegen der relativen Positionierung der Spulen 23 und 24 im Hinblick auf elektrische und mechanische Eigenschaften.

In der obig Anordnung sind die Hauptspulen 23 zum Erzeugen eines Gradientenfeldes an vorgegebenen Stellen des Spulenkörpers 14 angebracht und so befestigt, daß sie mechanischen Kräften aufgrund elektromagnetischer Wechselwirkung standhalten, die zum Zeitpunkt des Betriebs in durch die Pfeile 27 angedeutete Richtungen auftreten.

Wie die Hauptspulen 23 sind die Abschirmspulen 24 an vorgegebenen Stellen des Spulenkörpers 25 angebracht und so befestigt, daß sie elektromechanisch erzeugten Kräften standhalten, die zum Zeitpunkt des Betriebs in die durch die Pfeile 27 angedeuteten Richtungen auftreten. Die elektromagnetisch erzeugten mechanischen Kräfte, die auf die Hauptspulen 23 und die Abschirmspulen 24 einwirken, weisen zueinander entgegengesetzte Richtungen auf, sind jedoch phasengleich und werden jeweils durch die Spulenkörper 14 und 25 aufgenommen. Diese Spulen 23 und 24 sind an vorbestimmten relativen Positionen durch die Befestigungsvorrichtung 26 befestigt, um ein Gradientenfeld zu erzeugen.

Da der Generator zum Erzeugen eines Gradientenfeldes entsprechend dem Stand der Technik wie oben beschrieben aufgebaut ist, müssen beide Seiten des Leiters entlang der gesamten Länge desselben geschnitten werden. Ferner ergibt sich das Problem, daß der Spulenkörper stark genug aufgebaut werden muß, um Vibrationen und Lärmbildung aufgrund der elektromagnetisch erzeugten mechanischen Kräfte in den Abschirmspulen zu vermeiden.

Weiterhin ergibt sich als anderes Problem ein unzureichender Kühleffekt, da die Abschirmspulen über den Spulenkörper gekühlt werden, wenn Luft zwischen den Hauptspulen und den Abschirmspulen zum Zwangskühlen geleitet wird.

Demnach besteht das der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende technische Problem in der Erzielung einer effektiven Kühlung eines Gradientenspulensystems.

Im Rahmen der Erfindung wird dieses technische Problem durch ein Gradientenspulensystem mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Demnach können gemäß der vorliegenden Erfindung, bei der Abstandsstücke in radialer Weise zwischen den Hauptspulen und Abschirmspulen bei vorbestimmten Stellen vorgesehen und an diesen Spulen befestigt sind, in entgegengesetzte Richtung auftretende elektromagnetische Kräfte gegeneinander ausgeglichen werden, was einer Reduzierung von Vibrationen und Lärm führt.

Zudem werden aufgrund der Tatsache, daß Abstandsstücke entlang der Axialrichtung des Spulenkörpers für die Hauptspulen und die Abschirmspulen derart angeordnet sind, daß durch die Spulen und die in Axialrichtung des Spulenkörpers angeordneten Abstandsstücke ein Belüftungsdurchgang zum Kühlen der Spulen gebildet wird, diese Spulen in direkten Kontakt mit der Kühlluft gebracht, so daß sich die Kühlleistung verbessert.

Die oben genannten und weiteren Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung im Zusammenhang mit der beiliegenden Zeichnung; es zeigen:

Fig. 1 eine Frontansicht einer Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 2 eine Querschnittsansicht entlang einer Linie II-II von Fig. 1;

Fig. 3 ein Diagramm zum Darstellen eines Querschnitts entlang einer Linie IV-IV des geschnittenen Leiters;

Fig. 4 ein Strukturschaltbild, das den prinzipiellen Aufbau der gesamten Anordnung eines Magnetresonanz- Diagnosegeräts zeigt;

Fig. 5 eine Frontansicht der Hauptspulen und Abschirmspulen aus dem Generator für ein Gradientenfeld gemäß dem Stand der Technik;

Fig. 6 eine Seitenansicht von Fig. 5;

Fig. 7 ein Strukturschema, das die Kombination der Hauptspulen und der Abschirmspulen im Stand der Technik zeigt; und

Fig. 8 eine Querschnittsansicht entlang einer Linie XI-XI in Fig. 10.

Fig. 1 zeigt eine Frontansicht der Anordnung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Fig. 2 zeigt eine Querschnittsansicht entlang der Linie II-II von Fig. 1.

Wie in Fig. 1 und Fig. 2 gezeigt, stimmt der Spulenkörper 14 mit dem aus dem Stand der Technik bekannten überein. Das Bezugszeichen 28 kennzeichnet Hauptspulen, die um den Spulenkörper 14 gewickelt sind, und aus einer Spule 28a für die X-Achse, einer Spule 28b für die Y-Achse und einer Spule 28c für die Z-Achse aufgebaut sind und dem Stand der Technik entsprechen. Das Bezugszeichen 29 kennzeichnet Abschirmspulen zum Abschirmen von magnetischen Streufeldern der Hauptspulen 28, die um die Hauptspulen 28 gewickelt sind, wobei zwischen beiden ein vorgegebener Abstand besteht und die Abschirmspulen aus einer Spule 29a für die X-Achse, einer Spule 29b für die Y-Achse und einer Spule 29c für die Z-Achse wie die Hauptspulen 28 aufgebaut sind.

Das Bezugszeichen 30 kennzeichnet Abstandsstücke, die in radialer Weise zwischen den Hauptspulen 28 und den Abschirmspulen 29 an vorbestimmten Stellen vorgesehen und an den Spulen 28 und 29 befestigt sind. Die Abstandsstücke 30 sind entlang der Radialrichtung des Spulenkörpers 14 vorgesehen und bilden zusammen mit den Spulen 28 und 29 einen Lüftungsdurchgang in axialer Richtung des Spulenkörpers 14.

Die Breite der in Fig. 3 gezeigten Nut 34 ist zum Verbreitern der Breite eines Spulenleiters 33 herabgesetzt, und demnach kann bei festgelegter Stromdichte die Dicke des Leiters 33 reduziert werden, was den Schneidvorgang vereinfacht.

Wie in Fig. 1 und Fig. 2 gezeigt ist, heben sich einander entgegengesetzte elektromagnetische Kräfte, die durch die Pfeile 27 angedeutet sind und durch die Spulen 28 und 29 erzeugt werden, wechselseitig auf, da die Abstandsstücke 30 in radialer Weise zwischen den Hauptspulen 28 und den Abschirmspulen 29 an vorbestimmten Stellen angeordnet sind und die Abstandsstücke 30 durch eine Kleber oder ein anderes Medium an den Spulen 28 und 29 befestigt sind, so daß das Auftreten von Vibrationen und die Lärmbildung reduziert wird.

Der Lüftungsdurchgang 31 zum Kühlen der Spulen 28 und 29 wird durch die Abstandsstücke 30 und die Spulen 28 und 29 gebildet, so daß die Spulen 28 und 29 in direkten Kontakt mit der Kühlluft treten, wodurch der Kühleffekt verstärkt wird.

In der oben beschriebenen Ausführungsform werden die Spule 28c für die Z-Achse, die Spule 28a für die X-Achse und die Spule 28b für die Y-Achse jeder Hauptspule um die Spulenkörper 14 in der angegebenen Reihenfolge gewickelt.

Jedoch ist es auch möglich, die Spule 28a für die X-Achse, die Spule 28b für die Y-Achse und die Spule 28c für die Z- Achse in der angegebenen Reihenfolge um den Spulenkörper 14 zu wickeln. Die Reihenfolge, in der die Spulen 28a, 28b und 28c jeder Achse gewickelt werden, kann geeignet bestimmt werden.

Bei der obigen Ausführungsform wurde erläutert, daß der Generator für das Gradientenfeld die Hauptspulen und die Abschirmspulen 29 enthält; jedoch kann der Generator für das Gradientenfeld lediglich die Hauptspulen enthalten.

Claims (5)

1. Gradientenspulensystem, enthaltend:

• a) einen Spulenkörper (14), auf dem Gradientenspulen (28a, 28b, 28c) zum Erzeugen von Gradientenmagnetfeldern vorgesehen sind, und
• b) Abschirmspulen. (29) zum Abschirmen von magnetischen Streufeldern der Gradientenspulen,
• c) wobei zwischen der Hauptspule (28) und der Abschirmspule (29) mehrere Abstandstücke (30) vorgesehen sind, die direkt an der Hauptspule (28) und Abschirmspule (29) beabstandet befestigt sind; derart daß
• d) jeweils ein Luftdurchgang (31) durch das Äußere der Hauptspule (28), das Innere der Abschirmspule (29) und je zwei Abstandsstücke (30) gebildet ist.

2. Gradientenspulensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandsstücke (30) am Umfang der Hauptspule (28) gleichmäßig beabstandet sind.

3. Gradientenspulensystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandsstücke (30) entlang der Axialrichtung der Hauptspule (28) angeordnet sind.

4. Gradientenspulensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptspule (28), die mehreren Abstandsstücke (30) und die Abschirmspule (29) mit Klebstoff aneinander befestigt sind.

5. Gradientenspulensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmspule (29) aus mehreren Spulen (29a, 29b, 29c) in Zuordnung zu den Spulen (28a, 28b, 28c) der Hauptspule (28) aufgebaut ist.