DE19527150A1 - Magnetresonanzgerät mit einer supraleitenden Spulenanordnung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Magnetresonanzgerät mit einer su­ praleitenden Spulenanordnung, einer Magnetstromversorgung zum Auf- oder Abmagnetisieren der Spulenanordnung und einer Gra­ dientenstromversorgung, die zeitlich veränderliche Ströme für Gradientenspulen zur Verfügung stellt.

Wie bei analytischen Magnetresonanz-Spektrometern werden auch bei medizinischen Magnetresonanzgeräten zur Erzeugung eines homogenen Hauptmagnetfeldes Permanentmagnete, normalleitende Elektromagnete oder supraleitende Magnete eingesetzt. Ein su­ praleitender Magnet umfaßt dabei eine supraleitende Spulen­ anordnung, die in einem Kryotank auf eine Temperatur von z. B. flüssigem Helium gehalten wird. Zum Auf- oder Abmagnetisieren des Magneten wird eine Magnetstromversorgung eingesetzt. Beim Aufmagnetisieren wird der von der Magnetstromversorgung ge­ lieferte Speisestrom für die Spulenanordnung kontinuierlich erhöht. Sobald der gewünschte Strom bzw. die gewünschte ma­ gnetische Feldstärke erreicht ist, wird ein zur Spulenanord­ nung parallel liegender supraleitender Dauerstromschalter ge­ schlossen. Der Strom durch die supraleitende Spule fließt dann in einem geschlossenen Stromkreis über den Dauerstrom­ schalter, die Magnetstromversorgung kann abgeschaltet werden. Wenn der Speisestrom durch die supraleitende Spulenanordnung geändert werden soll, wird die Magnetstromversorgung wieder eingeschaltet und der Dauerstromschalter geöffnet. Über die Magnetstromversorgung kann der Strom dann auf den gewünschten Wert gebracht werden. Beim Abmagnetisieren wird der Speise­ strom entsprechend kontinuierlich erniedrigt.

Das Bauvolumen herkömmlicher Magnetstromversorgungen ist i.a. so groß, daß die Magnetstromversorgung nicht in unmittelbarer Nähe der Spulenanordnung installiert werden kann. Dies wäre jedoch wünschenswert, um die Länge der Hochstromkabel, die den Speisestrom für die supraleitende Spulenanordnung tragen müssen, kurz zu halten.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Magnetreso­ nanzgerät mit einer kompakten Magnetstromversorgung zum Auf- und Abmagnetisieren der Spulenanordnung anzugeben.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Gradientenstromver­ sorgung über eine Umschalteinrichtung mit der Magnetstromver­ sorgung und mindestens einer Gradientenspule verbunden ist zum wahlweisen elektrischen Verbinden der Gradientenstromver­ sorgung mit der Magnetstromversorgung oder der Gradientenspu­ le. Die Leistung der heute verwendeten Gradientenverstärker reicht aus, den nötigen Strom zum Auf- oder Abmagnetisieren eines supraleitenden Magneten bzw. supraleitenden Spulenan­ ordnung einer Magnetresonanzanlage zu liefern. Die Gradien­ tenstromversorgung kann in der Amplitude einstellbare Ströme im Kilohertz-Bereich liefern, so daß im Vergleich zu einer Netzstromversorgung kleinere Transformatoren oder Drosseln eingesetzt werden können.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, daß die Magnetstromversorgung in unmittelbarer Nähe zur Spu­ lenanordnung angeordnet ist. Damit können die Hochstromver­ bindungsleitungen von der Magnetstromversorgung zur Spulenan­ ordnung kurz gehalten werden.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, daß die supraleitende Spulenanordnung in einem mit Kühl­ flüssigkeit gefüllten Gefäß angeordnet ist und daß das Gefäß über eine Rohrleitung mit der Magnetstromversorgung verbunden ist zur Zuführung von abgedampfter Kühlflüssigkeit für eine Kühlung der Magnetstromversorgung. Durch die Kühlung mit der abgedampften Kühlflüssigkeit kann die Oberfläche der in der Magnetstromversorgung eingesetzten Bauteile, in denen Lei­ stung umgesetzt wird, verringert werden, was zu einem weiter verringerten Bauvolumen der Magnetstromversorgung führt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden an­ hand einer Figur erläutert.

Die Fig. zeigt in einer Übersichtsdarstellung schematisch ein diagnostisches Magnetresonanzgerät 2, welches sich in einem Raum mit einer Hochfrequenz-Abschirmung 4 befindet. Das Ma­ gnetresonanzgerät 2 umfaßt eine supraleitende Spulenanordnung 6, die in einem mit einer Kühlflüssigkeit gefüllten Gefäß 8 angeordnet ist. Das Gefäß 8 ist als Kryotank mit der erfor­ derlichen thermischen Isolierung der Spulenanordnung gegen die Umgebung ausgebildet. Als Kühlflüssigkeit wird Helium verwendet, das über einen Versorgungsturm 10 in das Gefäß 8 gefüllt werden kann.

Der supraleitende Magnet umgibt zylindermantelförmig ein Un­ tersuchungsvolumen 12, in das ein zu untersuchender Patient 14 mit Hilfe einer fahrbaren Patientenliege 16 eingebracht werden kann. Zur Erzeugung von Gradientenfeldern in drei senkrecht aufeinanderstehenden Richtungen gemäß einen Koor­ dinatenkreuz 16 sind Gradientenspulen 18 vorgesehen, die sich innerhalb des supraleitenden Magneten befinden. Zusätzlich befindet sich innerhalb der Gradientenspulen 18 im Untersu­ chungsvolumen 12 noch eine Hochfrequenz-Antenne 20 zum Anre­ gen und zum Empfang der Magnetresonanzsignale.

Elektrische Verbindungen 21 zwischen den einzelnen Komponen­ ten innerhalb und außerhalb der Hochfrequenz-Abschirmung 4 werden über Durchführungsfilter 22 aus der Hochfrequenzab­ schirmung 4 geleitet. Die Antennen-Anordnung 20 ist mit einer außerhalb der Hochfrequenz-Abschirmung 4 angeordneten Sende-Empfangseinrichtung 24 verbunden. Ebenfalls außerhalb ange­ ordnet sind Gradientenstromversorgungen 26, 28, 30 für die Gra­ dientenfelder in den drei Koordinatenrichtungen x, y und z.

Innerhalb der Hochfrequenz-Abschirmung 4 ist in der Nähe des Versorgungsturms 10 eine Magnetstromversorgung 32 angeordnet, deren Ausgang 34 über Hochstromkabel 36 mit der Spulenanord­ nung 6 verbunden ist. Das Hochstromkabel 36 ist durch den Versorgungsturm 10 zur Spulenanordnung 6 geführt.

Der Eingang 38 der Magnetstromversorgung 32 ist über eine Um­ schalteinrichtung 40, Kontakt 42, mit dem Ausgang der Gra­ dientenstromversorgung 30 verbunden. Über die Umschaltein­ richtung 40 ist der Ausgang der Gradientenstromversorgung 30 zusätzlich über einen Kontakt 44 mit der Gradientenspule 18 verbunden. Bei der Normalstellung der Umschalteinrichtung 40 ist die Gradientenstromversorgung 30 über den Kontakt 42 elektrisch mit der Gradientenspule 18 zur Erzeugung des z-Gradienten verbunden. Lediglich vorübergehend ist die Gra­ dientenstromversorgung 30 über den Kontakt 44 zur Änderung des Magnetfeldes mit der Magnetstromversorgung 32 elektri­ schen verbunden. Prinzipiell kann die Umschalteinrichtung 40 auch an den Ausgang der anderen Gradientenstromversorgung 26, 28 angeordnet werden.

Die Umschalteinrichtung 40 ist hier außerhalb der Hochfre­ quenzabschirmung 4 angeordnet. Es ist jedoch auch möglich, die Umschalteinrichtung 40 innerhalb der Hochfrequenzabschir­ mung 4 in unmittelbarer Nähe des Magnetresonanzgeräts anzu­ ordnen. Damit würde sich die Leitung vom Kontakt 44 zur Ma­ gnetstromversorgung 32 verkürzen, die Steuerleitung für die Umschalteinrichtung 40 jedoch verlängern.

Eine Steuereinheit 46 ist ebenfalls elektrisch mit der Ma­ gnetstromversorgung 32 verbunden. Die Steuereinheit 46 über­ wacht den Strom und die Spannung zum Auf- oder Abmagnetisie­ ren des supraleitenden Magneten und den Betrieb des Dauer­ stromschalters, über den nach Erreichen des Sollwerts der Strom durch die Spulenanordnung 6 fließt. Die Steuereinheit 46 könnte auch in unmittelbarer Nähe des Magnetresonanzgeräts 2 innerhalb der Hochfrequenzabschirmung 4 angeordnet sein.

Die Magnetstromversorgung 32 ist über eine Rohrleitung 48 mit dem Gefäß 8 verbunden. Über die Rohrleitung 48 wird der Ma­ gnetstromversorgung abgedampfte Kühlflüssigkeit zur Kühlung zugeführt.

Ein Steuerrechner 50 liefert die zum Betrieb des Magnetreso­ nanzgeräts benötigten Steuersignale an die Hochfrequenz-Ein­ richtung 24, die Stromversorgungen 26, 28, 30, die Umschaltein­ richtung 40 und die Steuereinheit 46. In dem Fall, wenn die Steuereinheit 46 in unmittelbarer Nähe des Magnetresonanzge­ räts 2 innerhalb der Hochfrequenzabschirmung 4 angeordnet ist, kann eine störsichere Signalübertragung zwischen Steuer­ reinheit 46 und Steuerrechner 50 über Lichtwellenleiter er­ folgen. Mit dem Steuerrechner 50 ist eine Benutzerschnitt­ stelle 52 verbunden, über die notwendige Ein- und Ausgaben für den Steuerrechner 50 geleitet werden. Der Steuerrechner 50 liefert u. a. Informationen, aus denen die die für die Gra­ dientenstromversorgungen 26, 28, 30 die Ströme für die Gradien­ tenspulen 18 bilden. Hier werden die als Digitalwerte vorlie­ genden Amplitudenwerte in den Gradientenstromversorgungen 26, 28, 30 in analoge Signalformen umgewandelt. Durch die weit­ gehende Freiheit bei der Steuerung der Stromform nach Ampli­ tude und Frequenz am Ausgang der Gradientenstromversorgungen 26, 28, 30, kann auch die von der Magnetstromversorgung 32 be­ nötigte elektrische Leistung beim Auf- oder Abmagnetisieren durch entsprechende Programmierung des Steuerrechners 50 von der Gradientenstromversorgung 30 geliefert werden.

Claims (3)

1. Magnetresonanzgerät mit einer supraleitenden Spulenanord­ nung (6), einer Magnetstromversorgung (32) zum Auf- oder Ab­ magnetisieren der Spulenanordnung (6) und einer Gradienten­ stromversorgung (26, 28, 30), die zeitlich veränderliche Ströme für Gradientenspulen (18) zur Verfügung stellt, dadurch gekennzeichnet, daß die Gra­ dientenstromversorgung (26, 28, 30) über eine Umschalteinrich­ tung (40) mit der Magnetstromversorgung (32) und mindestens einer Gradientenspule (18) verbunden ist zum wahlweisen elek­ trischen Verbinden der Gradientenstromversorgung (26, 28, 30) mit der Magnetstromversorgung (32) oder der Gradientenspule (18).

2. Magnetresonanzgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetstromversorgung (32) in unmittelbarer Nähe zur Spulenanordnung (6) angeordnet ist.

3. Magnetresonanzgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spu­ lenanordnung (6) in einem mit Kühlflüssigkeit gefüllten Gefäß (8) über eine Rohrleitung (48) mit der Magnetstromversorgung (32) verbunden ist zur Zuführung von abgedampfter Kühlflüs­ sigkeit für eine Kühlung der Magnetstromversorgung (32).