DE19540746A1

DE19540746A1 - Magnetresonanz-Abbildungssystem mit modularen Ganzkörper-Gradientenspulen

Info

Publication number: DE19540746A1
Application number: DE19540746A
Authority: DE
Inventors: Ehud Katznelson; Paul R Harvey
Original assignee: Elscint Ltd
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1994-11-03
Filing date: 1995-11-02
Publication date: 1996-06-05
Also published as: IL115788A0; US5736858A; GB2295020A; JP3164278B2; NL1001573C2; GB2295020B; GB9521983D0; JPH08229023A; NL1001573A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Magnetresonanz-Abbildungssysteme (MRI), und insbeson dere auf ein verbessertes Magnetresonanz-Abbildungssystem, das Ganzkörper- Gradientenspulen aufweist, die entweder für eine herkömmliche Abbildung oder für eine extrem schnelle Abbildung geeignet ist.

Gradientenspulen sind Grundbestandteile von Ganzkörper-(MRI)-Systemen. Diese Spu len werden üblicherweise auf einem zylindrischen Spulenkörper aufgewickelt, der dann innerhalb der Bohrung des Ganzkörpermagneten angeordnet wird. Der Innendurchmesser des Spulenkörpers ist klein genug, um eine effektive Verwendung der Ganzkörper-HF- Spule zu ermöglichen, die darauf aufgebracht wird, und groß genug, um einen Patienten aufzunehmen, der im Inneren des Formkörpers Platz finden soll.

Es ist bekannt, daß es zur Durchführung der Magnetresonanz-Abbildung sowohl im zwei dimensionalen als im dreidimensionalen Bereich erforderlich ist, daß der Spulenformkör per Gradientenspulen enthält, die für drei orthogonale Normalachsen bestimmt sind, d. h. die X-, Y- und Z-Achsen. Die X- und Y-Gradientenspulen sind üblicherweise in Längsrich tung symmetrisch um die X-Achse und die Y-Achse ausgebildet. Diese Spulen sind auch symmetrisch durch die Y- und X-Achsen getrennt. Das heißt, daß die X-Gradientenspulen durch Projektionen der X-Achse und die Y-Gradientenspulen durch Projektionen der Y- Achse halbiert bzw. zweigeteilt sind. Die X-Gradientenspulen sind von den Projektionen der Y-Achse getrennt und in gleichem Abstand versetzt. Sie sind auch in gleichem Ab stand von der Verbindungsstelle der X-, Y- und Z-Achsen versetzt. Ähnlich sind die Y- Gradientenspulen von der X-Achse getrennt und gleichweit versetzt, sowie in gleichem Abstand von der Verbindungsstelle der X-, Y- und Z-Achsen versetzt. Die X-Gradienten spule und die Y-Gradientenspule können einfache Spulen oder aber häufiger verteilte Sattelspulen sein. Die Z-Gradientenspulen sind andererseits von den X- und Y-Achsen getrennt und in gleichem Abstand angeordnet sowie symmetrisch um die Z-Achse ausge legt. Die Z-Gradientenspulen können entweder einfache Paare oder verteilte Maxwell- Paare von Spulen sein. Diese sind die Primär-Gradientenspulen.

Zusätzlich zu den Primär-Gradientenspulen wird häufig ein weiterer Satz von Sekundär spulen, die auf einem zylindrischen Formkörper aufgewickelt sind, der konzentrisch, je doch außerhalb der Primärspulen angeordnet ist, verwendet, um die Erzeugung von Wir belströmen innerhalb des MRI-Magnetsystems zu verringern. Die Wirbelströme ver schlechtern die Bildqualität, wie bekannt ist. Der zweite Satz von äußeren Spulen wird in der Regel als "Abschirmspulen" oder "Schirm" bezeichnet.

Es gibt theoretische Techniken, um die Form der Flußverteilung eines jeden Satzes von Gradientenspulen zu optimieren, damit sowohl die Linearität der Gradientenfelder über ein großes Volumen, als auch die Effizienz der Gradientenspulen optimiert wird. In der Praxis besteht eine Abhängigkeit zwischen Linearität und Effizienz wegen der Gradienten treiberfähigkeiten. Effizienz bedeutet in der Regel die Energieeffizienz, d. h. die Anzahl von Gradientenlinien pro Stromeinheit.

Für eine konventionale Abbildung ist es üblich, lineare Gradientenfelder über ein zentra les Volumen zu spezifizieren, das etwa 50 cm Durchmesser und eine Länge von bis zu etwa 60 cm hat. Die Linearität der Gradientenfelder innerhalb des zentralen Volumens für herkömmliche MRI ist so spezifiziert, daß sie innerhalb eines Wertes von ± 5% liegt. Ein großes Volumen in axialer Richtung ist für bestimmte MRI-Anwendungsfälle erforder lich, z. B. die Abbildung der Wirbelsäule, wenn lineare Gradienten über die Länge der Wirbelsäule erforderlich sind. Es reicht im allgemeinen aus, solche Gradientenspulen mit herkömmlichen Verstärkern zu betreiben, die 250 A bei 150 V liefern. Dies ist ausrei chend, da bei den meisten herkömmlichen Abtastungen maximale Gradientenfelder von nur 10 mT/m mit Slew-Raten (maximale Änderungsgeschwindigkeiten) von 10 mT/m/ms erforderlich sind.

Hersteller und Benutzer von Magnetresonanz-Abbildungssystemen fordern immer mehr extrem schnell arbeitende Magnetresonanz-Abbildungssysteme. Bei derartigen extrem schnell arbeitenden Systemen kann ein vollständiges MRI-Bild in weniger als einer Se kunde erreicht werden. Eine Spezialtechnik, die zum Erzielen von Bildern in weniger als 100 ms möglich ist, ist die Echo-Planar-Abbildungstechnik (EPI), die zuerst von Peter Mansfield in US Patent 41 65 479 vorgeschlagen wurde. Für diese Technik muß die Lei stung der Gradientenspulen zur Erzielung von Spitzengradientenfelder und zur Erzielung der Slew-Rate höher sein (in manchen Fällen um eine ganze Größenordnung) als die Gradientenfelder, die für eine herkömmliche Abbildung verwendet werden. Eine typische Forderung für die EPI-Gradientenleistung ist 30 mT/m Spitzengradient mit einer Slew-Rate von 180 mT/m/ms.

Wenn eine einzelne Gradientenspule sowohl für EPI als auch für herkömmliche Abta stungen verwendet wird, treten ernsthafte Probleme auf. Je größer das lineare Volumen der Spule ist, desto weniger effektiv ist die Spule, da die Spuleneffizienz umgekehrt pro portional zu dem Volumen der Spule verläuft. Desweiteren ist die Induktivität solcher Spulen üblicherweise hoch und begrenzt letztlich die Slew-Rate, die bei herkömmlichen Verstärkern erreicht wird. Wenn deshalb extrem schnelle MRI benutzt wird, tendiert die Induktivität der großen Spulen dazu, den extrem schnellen Betrieb der Spule zu ver schlechtern, und entsprechend ist für extrem schnellen Betrieb eine teuere zusätzliche Apparatur erforderlich, z. B. Spezialverstärker und Spezialschalter.

Eine Lösung, um dem Effizienzverlust zu begegnen, ist die Verwendung von Halbleiter- Resonanzschaltern. Dadurch, daß die Gradientenspule als Teil einer abgestimmten Reso nanzschaltung ausgebildet wird, ist es möglich, den Vorteil eines Energieeinsparvorgan ges in kontrollierter Weise dadurch auszunutzen, daß Halbleiter-Schaltvorrichtungen und Hochspannungs-Netzanschlüsse verwendet werden. Dies ermöglicht die Erzielung der gewünschten Leistung, erhöht jedoch bei großvolumigen Spulen den Wert Bpk und dBpk/dt - den Spitzenwert des Magnetenfeldes aufgrund der Gradientenspule und der zeitlichen Ableitung des Spitzenwertes des Magnetfeldes. Aus Sicherheitsgründen ist es wichtig, den Pegel von Bpk und damit dBpk/dt zu begrenzen, denen der Patient ausge setzt ist.

Wenn Gradientenspulen mit großen linearen Volumina verwendet werden, ist es unver meidlich, daß die Geschwindigkeit, mit der das Magnetfeld in bestimmten Teilen der Spu le sich ändert, höher ist als dies für die Abbildung erforderlich ist. Es ist somit in solchen Fällen notwendig, daß große Komponenten des Gradientenfeldes außerhalb des ge wünschten linearen Bereiches vorhanden sind. Abhängig von der Spulenkonstruktion können diese großen Komponenten die maximale Gradientenfeldvorschrift für das Abbil dungsvolumen überschreiten. Wenn der Wert für Bpk oder die zeitliche Ableitung be stimmter Komponenten dieser Gradientenfelder einen ausreichend hohen Wert bei der Abtastung erreicht, ist es möglich, daß eine periphere Nervenstimulierung im unter Dia gnose stehenden Patienten hervorgerufen wird. Dies ist ein sehr unerwünschter und zu unterbindender Nebeneffekt.

Aufgabe vorliegender Erfindung ist es, die vorstehend geschilderten und weitere Nachtei le zu beheben, die entstehen, wenn die gleiche Spule sowohl für die herkömmliche Ab bildung als auch für die extrem schnelle Abbildung bei Magnetresonanz- Abbildungssystemen verwendet wird.

Die Effizienz bzw. der Wirkungsgrad ist umgekehrt proportional dem linearen Volumen, so daß eine Möglichkeit zur Verbesserung des Wirkungsgrades der Gradientenspule darin besteht, ihr Volumen zu reduzieren. Dies kann durch Verkleinern entweder des Durch messers, der Länge des linearen Bereiches oder beider Faktoren geschehen. Da der Pati ent jedoch in die Spule passen muß, ist es nicht praktikabel, den Durchmesser zu verrin gern. Die Länge der Spule kann reduziert werden. Wenn die Länge des linearen Volu mens begrenzt ist, können weiterhin die Spitzenfelder, die außerhalb des Bereiches auf treten, ebenfalls proportional geringer sein, so daß die Wahrscheinlichkeit, daß eine peri phere Nervenstimulierung auftritt, verringert wird. Ein Problem jedoch, das bei einer der art einfachen Näherung auftritt, ist, daß die Möglichkeit, Anatomie abzubilden, die große lineare Volumina (z. B. die Wirbelsäule) erfordert, verloren geht. Die Gradientenspule ist dann nur nutzbar für eine extrem schnelle Abbildung von kleinen interessierenden Berei chen.

Um die vorstehend geschilderten Probleme zu lösen, werden gemäß der Erfindung Gra dientenspulen in modularer Form so ausgebildet, daß eine Gradientenspule mit höherem Wirkungsgrad und einem maßgeschneiderten nutzbaren Volumen erzielt wird. Die modu lare Gradientenspule weist eine zentrale Spule mit hohem Wirkungsgrad und einem be grenzten nutzbaren Volumen auf. Dieser zentralen Spule werden Korrekturspulen hinzu gefügt, die das Profil des Feldes zur Erhöhung des nutzbaren Volumens modifizieren. Somit arbeitet die Spule in zwei Betriebsarten. Im Hochgeschwindigkeitsbetrieb wird nur ein zentraler Teil der Spule wirksam gemacht, um einen effizienten Gebrauch von ver fügbarer Verstärkerleistung zu machen und um ein rasches Schalten der Gradientenfelder zu ermöglichen, während der Grad der Belichtung, der der Patient dem Bpk und sich rasch ändernden Differentialmagnetfeldern (dBpk/dt) ausgesetzt wird, zu begrenzen. Wenn die herkömmliche Betriebsart angewandt werden soll, werden der zentrale Teil der Spule und die Korrekturspulen so betrieben, daß eine große Volumenüberdeckung für herkömmliche Abbildung mit einer reduzierten Slew-Rate erreicht wird.

Insbesondere wird mit der Erfindung ein Magnetresonanz-Abbildungssystem vorgeschla gen, das dadurch gekennzeichnet ist, daß
ein Magnet ein homogenes statisches Magnetfeld einspeist, um Spine in einem in die sem statischen Magnetfeld angeordneten Patienten auszurichten,
ein HF-Übertrager Signale mit Larmorfrequenzen erzeugt,
eine HF-Spulenanordnung die HF-Signale überträgt, um den Patienten zu umschließen und die ausgerichteten Spine so zu kippen, daß mindestens eine Projektion auf eine Ebene senkrecht zu dem statischen Magnetfeld entsteht,
X-, Y- und Z-Gradientenspulen dem statischen Magnetfeld X-, Y- und Z-Gradienten aufgeben, um eine Positionscodierung der Signale mit freiem Induktionsabfall (FID) zu erzielen, die von den gekippten Spinen emittiert werden, nachdem das HF-Signal ent fernt worden ist,
mindestens eine der X-, Y- und Z-Gradientenspulen mindestens einen modularen Satz von Gradientenspulen aufweist,
die HF-Spulenvorrichtung ferner die FID-Signale aufnimmt,
eine Signalverarbeitungsvorrichtung die FID-Signale verarbeitet, die von der HF- Spulenvorrichtung aufgenommen werden, um Bilddaten zu erhalten,
eine Bildsichtanzeigevorrichtung Bilder in Abhängigkeit von diesen Bilddaten abbil det, und
eine erste modulare Gradientenspule des mindestens einen Satzes von modularen Gradientenspulen so konstruiert und angeordnet ist, daß sie einen ersten Bereich er gibt, der im wesentlichen lineare Gradienten innerhalb des statischen Magnetfeldes zur Verwendung in einer extrem schnellen MRI aufweist, und
eine zweite modulare Gradientenspule des mindestens einen Satzes von modularen Gradientenspulen so konstruiert und angeordnet ist, daß sie einen zweiten Bereich in nerhalb des statischen Magnetfeldes ergibt, der im wesentlichen lineare Gradienten zur Verwendung in der herkömmlichen MRI aufweist, wobei der zweite lineare Be reich größer als der erste lineare Bereich ist.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

So werden beispielsweise die ersten und zweiten modularen Gradientenspulen in Serie mit der gleichen Netzquelle gekoppelt und/oder die erste und die zweite der modularen Gradientenspulen auf dem gleichen Formkörper aufgewickelt.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung werden Abschirmspulen außerhalb der modularen Gradientenspulen verwendet; diese Abschirmspulen haben einen größeren Durchmesser als die Gradientenspulen und sind auch modular.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind die ersten und zweiten modularen Gradien tenspulen mit unterschiedlichen Durchmessern ausgebildet. Für einen herkömmlichen Abbildungsbetrieb werden beide modularen Gradientenspulen, für den extrem schnellen Betrieb wird nur die erste modulare Gradientenspule verwendet. Wenn beide modulare Gradientenspulen in Einsatz kommen, ist ein größeres Volumen vorhanden, in welchem lineare Gradienten erzielt werden.

Nachstehend wird die Erfindung in Verbindung mit der Zeichnung anhand eines Ausfüh rungsbeispieles erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines typischen MRI-Systems,

Fig. 2a eine schematische Schnittansicht eines modularen Satzes von Gradientenspulen zusammen mit einem zugeordneten modularen Satz von Abschirmspulen,

Fig. 2b eine schematische Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform des modularen Satzes von Gradientenspulen in Verbindung mit einem zugeordneten modularen Satz von Abschirmspulen,

Fig. 2c eine schematische dreidimensionale Ansicht der primären modularen Gradienten spulen,

Fig. 3a graphische Darstellungen der linearen Bereiche, die erhalten werden, wenn der Satz von modularen querliegenden Gradientenspulen verwendet wird, wobei die zentrale oder erste modulare Gradientenspule erregt wird und die Gesamtspule erregt wird,

Fig. 3b einen graphischen Vergleich der Verhältnisse des Magnetfeldes mit dem Spitzen feld, das von der ersten modularen Gradientenspule und dem Spitzenfeld, das von der Gesamtspule erzeugt wird, d. h. dem modularen Satz von querliegenden Gradientenspulen,

Fig. 4a eine schematische Darstellung der Schaltanordnung, die den modularen Satz von Gradientenspulen betreibt, wobei die modularen Gradientenspulen in Serie mit einander und mit ihren entsprechenden Abschirmspulen geschaltet sind, oder al ternativ nur die erste modulare Gradientenspule allein, jedoch in Serie mit ihrer Abschirmspule, betreibt, und

Fig. 4b eine schematische Darstellung der Schaltanordnung, die nur die erste modulare Gradientenspule allein, jedoch in Serie mit ihrer Abschirmspule, oder die zweite modulare Gradientenspule allein und in Serie mit ihrer Abschirmspule betreibt.

Fig. 1 zeigt mit 11 ein typisches MRI-System im Blockschaltbild. Der Hauptmagnet 12 ist vorzugsweise ein supraleiternder Magnet, obgleich im Rahmen vorliegender Erfindung auch andere Magnettypen verwendet werden können. Der Magnet 12 weist eine Bohrung 13 auf, die das Einsetzen eines Patienten in das Magnetfeld ermöglicht. Der supraleitende Magnet erzeugt ein hohes homogenes statisches Magnetfeld. Ein Patient 14 wird in die Bohrung 13 auf einer Bettanordnung 16 eingeführt, so daß er sich innerhalb dieses hohen statischen Magnetfeldes befindet. Das hohe statische Magnetfeld bewirkt, daß "Spine" im Patienten statistisch mit dem hohen magnetischen Feld ausgerichtet werden.

Durch die Gradientenspulen (nicht dargestellt) innerhalb des Magneten werden Codiersi gnale im Magneten erzeugt. Die X-, Y- und Z-Gradientenspulen werden durch den X- Gradiententreiber 17, den Y-Gradiententreiber 18 und den Z-Gradiententreiber 19 ange trieben. Die Bezifferungen X, Y und Z beziehen sich auf die imaginären orthogonalen Achsen, die mit 21 gezeigt sind und die bei der Beschreibung von MRI-Systemen ver wendet werden. Die Z-Achse ist dabei eine Achse koaxial mit der Achse der Bohrungsöff nung, die Y-Achse ist die vertikale Achse, die sich von der Mitte des Magnetfeldes aus erstreckt, und die X-Achse ist die entsprechende horizontale Achse rechtwinklig zu den anderen Achsen.

HF-Impulse, die von dem Übertrager 22 erzeugt und über einen Multiplexer 23 und die HF-Spulenanordnung 24 aufgegeben werden, wirken in der Weise, daß die ausgerichte ten Spine gekippt werden, so daß eine Projektion beispielsweise in der X-Z-Ebene, der X-Y-Ebene oder der Y-Z-Ebene erhalten wird. Die Spine erzeugen, wenn sie nach Entfer nen des HF-Impulses erneut ausgerichtet werden, freie Induktionsabfallsignale (F.I.D.), die von der HF-Spulenanordnung 24 empfangen und durch den Multiplexer in die Empfän gerschaltung 26 übertragen werden. Aus der Empfängerschaltung gelangen die empfan genen Signale durch das Steuergerät 25 in einen Bildprozessor 27. Der Bildprozessor ar beitet in Verbindung mit einem Sichtanzeigespeicher 28, um das Bild zu erzeugen, das auf dem Sichtanzeige-Monitor 29 dargestellt wird. Die HF-Spulenanordnung 24 kann ge trennte Spulen zum Übertragen und Empfangen aufweisen, oder die gleiche Spulenan ordnung 24 kann sowohl zum Übertragen als auch zum Empfangen der HF-Signale ver wendet werden.

Fig. 2a zeigt den erfindungsgemäßen modularen Gradientenspulensatz 31. Der dargestell te modulare Gradientenspulensatz 31 ist als Gradientenspule in Querschnittsansicht eines Teiles des Magneten 12 dargestellt. Der Gradientenspulensatz 31 besteht aus modularen Gradientenspulen 32 und 34. Abschirmspulen 38 und 39 sind den Gradientenspulen in bestimmter Weise zugeordnet, damit u. a. Wirbelströme reduziert werden, die von den Gradienten erzeugt werden.

Bei einer Ausführungsform weist der modulare Gradientenspulensatz sowohl eine längere modulare Gradientenspule 32, die sich an den Flanken des Satzes erstreckt, wie auch eine zentral angeordnete kürzere Gradientenspule 34 auf, die miteinander zusammenwir ken und die für einen herkömmlichen Abbildungsbetrieb verwendet werden. Die modu lare Gradientenspule 34 erzeugt lineare Gradienten nur im zentralen Teil der Bohrung, der als Teil 33 in den Fig. 2a und 2b bezeichnet ist. Die modularen Gradientenspulen 32 und 34 wirken miteinander als der modulare Gradientenspulensatz und ergeben einen vergleichsweise großen linearen Bereich 36. Die Flankenspule 32 braucht sich nicht über den gesamten zentralen Teil des Magneten erstrecken, da für die herkömmliche Verwen dung die zentrale Spule 34 und die Flankenspule 32 so miteinander zusammenwirken, daß sie den erforderlichen größeren Bereich von linearen Gradienten bilden.

Für die Abbildung mit extrem hoher Geschwindigkeit wird nur Spule 34 erregt. Die Spule 32 ist abgeschaltet. Wenn die Spule 34 mit höherer Leistung arbeitet, d. h. wenn mehr Strom durch die Spule fließt, ist eine Hochgeschwindigkeits-Abbildung, wie z. B. die, die bei planaren Echo-Abbildungsfolgen erhalten wird, möglich, selbst mit der Energiequelle, die normalerweise für herkömmliche Abbildung verwendet wird. Wird die Spule 34 al lein erregt und in einer Abbildungsfolge mit extrem hoher Geschwindigkeit verwendet, z. B. einer planaren Echo-Abbildungsfolge, ist der durch die Spule 34 fließende Strom we sentlich größer als der für den herkömmlichen Betrieb. Ferner ist der erregte Bereich 33 wesentlich kleiner als der Bereich 36, der erhalten wird, wenn beide modularen Gradien tenspulen 32 und 34 erregt werden. Eine hohe Schaltgeschwindigkeit ist wegen der ge ringeren Induktanz der Spule 34 im Vergleich zu der Induktanz der Spulen 34 und 32 oder der Spule 32 allein möglich.

Ein Merkmal der Erfindung betrifft die Verwendung von modularen Abschirmspulen 37 auf einem Spulenkern bei einem größeren radialen Abstand als dem radialen Abstand, der für den modularen Gradientenspulensatz 31 verwendet wird. Die Abschirmspulen als Satz sind mit 37 bezeichnet und weisen modulare Spulen, z. B. die Spulen 38 und 39 für den Betrieb in Verbindung mit dem modularen Gradientenspulensatz 31, der die Spule 32 und die Spule 34 aufweist, auf. Die Abschirmspulen arbeiten in bekannter Weise so, daß Wirbelströme und Streuflußfelder begrenzt werden.

Fig. 2b zeigt eine Anordnung zur weiteren Verbesserung der Effizienz der Spule 34. Wie dargestellt, ist die zugeordnete modulare Abschirmspule 39 in einem größeren radialen Abstand von der Mitte des Magneten als bei der Ausführungsform nach Fig. 2a angeord net (d₂ < d₁). Dadurch wird die Trennung zwischen der Gradientenspule 34 und der Ab schirmspule 39 vergrößert, der Gesamtradius der vollständigen modularen Spulenanord nung bleibt jedoch unverändert. Somit kann die Reihenfolge der Abschirmspulenschich ten verändert werden, um die Effizienz der Spule 34 zu optimieren.

Die Bilddarstellung des Satzes von modularen Gradientenspulen nach Fig. 2c zeigt ein Ausführungsbeispiel. In dieser Darstellung sind die Spulen 32a und 32b, die die äußere oder flankierende Spule 32 darstellen, als auf die Außenseite des Körpers 3b aufgedruckt oder eingesetzt dargestellt. Die innere oder zentrale Spule 34 wird durch Teile 34a und 34b dargestellt, die auf der Innenseite des Körpers 3b aufgedruckt oder eingesetzt sind. Eine wichtige Eigenschaft besteht darin, daß die Länge der Spule 34 kleiner ist als die Länge der Spule 32. Aus Gründen der besseren Übersicht ist bei dieser Darstellung der Abschirmspulensatz 37 weggelassen.

Fig. 3a zeigt mit fest ausgezogenen Linien die Länge des linearen Bereiches (1/2 der Oberseite des Plateaus) des von der zentralen modularen Spule 34 erzeugten Flusses in Verbindung mit der flankierenden modularen Spule 32. Die Länge des linearen Bereiches der mittleren modularen Spule 34 allein ist gestrichelt dargestellt. Die Spulen 32 und 34 sind so gezeigt, daß sie einen wesentlich größeren linearen Bereich erzeugen, wenn sie miteinander zusammenwirken, während die Spule 34, wenn sie allein betrieben wird, so dargestellt ist, daß sie einen wesentlich kleineren linearen Bereich zeigt. Insbesondere erzeugt, wie in Fig. 3a dargestellt, die Spule 34, wenn sie alleine arbeitet, einen Bereich, der nur über etwa 15 Einheiten (0,1 m = 10 Einheiten) linear ist, während die Spulen 32 und 34 in Verbindung miteinander einen linearen Bereich erzeugen, der sich über etwa 30 Längeneinheiten erstreckt.

Fig. 3b zeigt eine normierte Auftragung eines maximalen Magnetfeldes innerhalb der den Patienten aufnehmenden Bohrung für gleiche Gradientenstärke der beiden Betriebsarten. Insbesondere zeigt diese Figur, daß das maximale Magnetfeld reduziert wird, wenn die zentrale Spule 34 allein (gestrichelt) benutzt wird, im Vergleich zu dem Fall, daß die Spu len 34 und 32 miteinander benutzt werden (fest ausgezogene Linie).

Fig. 4a zeigt schematisch eine Schaltanordnung zum selektiven Koppeln der Gradienten spulen, um die Größe des Bereiches linearer Gradienten zu steuern. Insbesondere ist eine schematische Darstellung der Schaltanordnung 41 zum Schalten der Spulen dargestellt. In einer Position der Schaltanordnung 41, die gestrichelt dargestellt ist, werden die beiden Spulen 32 und 34 in Serie betrieben, während sie in Serie mit ihren zugeordneten Schir men 39, 38 geschaltet sind. In der zweiten Position der Schalter, die durch fest ausgezo gene Linien dargestellt ist, wird nur die Spule 34 und ihr zugeordneter Schirm 39 erregt und betrieben. Wenn nur die Spule 34 erregt wird, wird die modulare Gradientenspule auf den Betrieb mit extrem hoher Geschwindigkeit eingestellt. Wenn ein herkömmlicher Betrieb erwünscht ist, werden beide Spulen 32 und 34 verwendet.

Fig. 4b zeigt die Schaltanordnung 43 entweder zum Verbinden nur der Gradientenspulen 32 für herkömmliche Abbildung, wobei die Spule 32 so ausgelegt ist, daß sie allein für konventionelle Abbildung betrieben wird (wie in Fig. 2b dargestellt), oder zum Verbinden nur der Spule 34 für einen Betrieb mit extrem hoher Geschwindigkeit des Abbildungssy stems 11.

Die Gradientenspulen und die Abschirmspulen innerhalb der Kästchen können miteinan der entweder parallel oder in Serie geschaltet sein.

Im Betrieb der herkömmlichen Abbildung weist der modulare Gradientenspulensatz 31 beide Gradientenspulen 32 und 34 und ihre zugeordneten Abschirmspulen 38 und 39 auf. Für eine Abbildung mit extrem hoher Geschwindigkeit wird nur die Gradientenspule 34 und der zugeordnete Schirm 39 erregt. Im Rahmen vorliegender Erfindung kann die Gradientenspule 32 und ihre Abschirmspule 38 allein für herkömmliche Abbildung be trieben werden. In diesem Fall erstrecken sich die Spule 32 und 38 so weit, daß ein höhe rer linearer Fluß im mittleren Teil der Magnetbohrung erzeugt wird.

In den Fig. 4a und 4b sind die Abschirmspulen 38, 39 so dargestellt, daß sie in einer Richtung entgegengesetzt zu der Wicklung der Betriebsgradientenspulen gewickelt sind, um die Gradientenspulen effektiv abzuschirmen. Auch sind die Schalter schematisch dar gestellt, und es können unterschiedliche Arten von Schaltern eingesetzt werden, z. B. computergesteuerte Schalter.

Die Erfindung wurde anhand eines Ausführungsbeispieles erläutert; der Fachmann ist je doch in der Lage, im Rahmen vorliegender Erfindung Variationen und Modifikationen vorzunehmen. Während zylindrische Spulen dargestellt sind, die im Querschnitt eben oder elliptisch sind, können auch andere Formen zum Einsatz kommen.

Claims

1. Magnetresonanz-Abbildungssystem (11) mit modularen Ganzkörper-Gradienten spulen, dadurch gekennzeichnet, daß

a) ein Magnet (12) ein hohes homogenes statisches Magnetfeld erzeugt, um Spine in einem im Spuleninneren (13) des Magneten angeordneten Körper (14) auszurichten,
b) ein HF-Übertrager (22) HF-Signale mit Larmorfrequenzen erzeugt,
c) eine HF-Spule (24) HF-Signale überträgt, um die ausgerichteten Spine zu kippen, damit mindestens eine Projektion auf eine Ebene senkrecht zum statischen Magnetfeld erreicht wird,
d) mindestens ein modulierbarer Gradientenspulensatz (31) zur Änderung des stati schen Magnetfeldes vorgesehen ist, um das Codieren von freien Induktionsabfallsigna len (FID) zu steuern, die durch die gekippten Spine emittiert werden,
e) der modulare Gradientenspulensatz (31) modulare Gradientenspulen (32, 34) (aufweist,
f) eine erste (32) der modularen Gradientenspulen (32, 34) so ausgebildet und ange ordnet ist, daß ein erster Bereich innerhalb des statischen Magnetfeldes mit linearen Gradienten zur Verwendung in extrem schnell arbeitenden Magnetresonanz- Abbildungssystemen erzielt wird, und
g) eine zweite (34) der modularen Gradientenspulen (32, 34) so ausgebildet und an geordnet ist, daß ein zweiter Bereich innerhalb des statischen Magnetfeldes mit linea ren Gradienten zur Verwendung in herkömmlichen Magnetresonanz-Abbildungs systemen erzielt wird.

2. Magnetresonanz-Abbildungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite (34) der modularen Gradientenspulen (32, 34) so aufgebaut und angeord net ist, daß sie in Verbindung mit der ersten modularen Gradientenspule (32) in der Weise zusammenwirkt, daß der zweite Bereich größer als der erste Bereich mit linea ren Gradienten zur Verwendung bei der herkömmlichen Abbildung erhalten wird.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Abschirmspulensatz (37) auf der Außenseite des mindestens einen Satzes von modularen Gradientenspulen (32, 34).

4. Einrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen Abschirmspulensatz (37) auf der Außenseite des mindestens einen Satzes von modularen Gradientenspulen.

5. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der modulare Gradien tenspulensatz auf mindestens einem Spulenkörper befestigt und die erste modulare Gradientenspule auf der Innenseite der zweiten modularen Gradientenspule vorgese hen ist.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Spulenkörper zylin drisch ausgebildet ist.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die erste modulare Gra dientenspule eine gedruckte Spule ist.

8. Einrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite modu lare Gradientenspule eine gedruckte Spule ist.

9. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste modulare Gra dientenspule zentrisch angeordnet und die zweite modulare Gradientenspule so aus gebildet und angeordnet ist, daß sie die erste modulare Gradientenspule flankiert.

10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zweite sekundäre modulare Gradientenspule auf einem zylindrischen Spulenkörper befestigt sind.

11. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die erste modulare Gradientenspule auf der Innenseite des Spulenkörpers und die zweite modulare Gra dientenspule auf der Außenseite des Spulenkörpers befestigt ist.

12. Gradientenspulenanordnung zur Änderung des statischen Magnetfeldes in MRI- Systemen, dadurch gekennzeichnet, daß ein Satz (31) modularer Gradientenspulen (32, 34) vorgesehen ist, daß eine erste Spule (34) des Satzes von modularen Gradientenspulen so aufgebaut und angeordnet ist, daß ein erster Bereich innerhalb des statischen Magnetfeldes er halten wird, der lineare Gradienten zur Verwendung in der extrem schnell arbeiten den MRI hat, und eine zweite Spule (32) des Satzes von modularen Gradientenspulen so ausgebildet und angeordnet ist, daß ein zweiter Bereich innerhalb des statischen Magnetfeldes erhalten wird, der lineare Gradienten besitzt, die sich an den Flanken weiter als die linearen Gradienten des ersten Bereiches erstrecken.

13. Anordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Spule so ausgebildet und angeordnet ist, daß sie in Verbindung mit der ersten Spule betrieben wird, um den zweiten Bereich zu erhalten, der größer ist als der erste Bereich, und der lineare Gradienten zur Verwendung bei der herkömmlichen Abbildung besitzt.

14. Gradientenspulenanordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß ein Abschirmspulensatz (37) auf der Außenseite des Satzes von modularen Gradienten spulen (32, 34) vorgesehen ist.

15. Anordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß eine Abschirmspule (37) auf der Außenseite mindestens einer Spule des Satzes von modularen Gradien tenspulen vorgesehen ist.

16. Anordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten modularen Gradientenspulen (32, 34) auf mindestens einem Spulenformkörper befe stigt sind, wobei die erste modulare Gradientenspule auf der Innenseite der zweiten modularen Gradientenspule vorgesehen ist.

17. Anordnung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Formkörper zylin drisch ausgebildet ist.

18. Anordnung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die erste modulare Gra dientenspule eine gedruckte Spule ist.

19. Anordnung nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite mo dulare Gradientenspule eine gedruckte Spule ist.

20. Anordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die erste modulare Gra dientenspule zentrisch angeordnet und die zweite modulare Gradientenspule so auf gebaut und angeordnet ist, daß sie die erste modulare Gradientenspule flankiert.

21. Anordnung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die erste modulare Gra dientenspule auf der Innenseite des Formkörpers und die zweite modulare Gradien tenspule auf der Außenseite des Formkörpers befestigt ist.

22. Anordnung nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch eine Schaltvorrichtung zum selektiven Koppeln der ersten und zweiten modularen Gradientenspulen in der Wei se, daß die erste modulare Gradientenspule getrennt erregt wird oder wahlweise bei de modularen Gradientenspulen gemeinsam erregt werden.

23. Anordnung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltvorrichtung die ersten und zweiten modularen Gradientenspulen bei gemeinsamer Erregung in Reihe schaltet.

24. Anordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der modularen Gradientenspulen eine Abschirmspule zugeordnet ist.

25. Anordnung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß die der ersten modula ren Gradientenspule zugeordnete Abschirmspule außerhalb der der zweiten modula ren Gradientenspule zugeordneten Abschirmspule angeordnet ist.