DE19643116C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Magnetresonanzuntersuchung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Magnetresonanzuntersuchung, insbe­ sondere Kernspintomographie, bei dem ein statisches Magnetfeld in einem Un­ tersuchungsraum erzeugt wird und diesem zumindest ein Gradientenmagnetfeld überlagert wird, bei dem unerwünschte wechselnde elektromagnetische Kräfte entstehen, sowie eine Vorrichtung zur Magnetresonanzuntersuchung, insbesondere Kernspintomographie, mit einer ersten Erzeugungseinrichtung für ein statisches Magnetfeld, einer zweiten Erzeugungseinrichtung für zumindest ein Gradientenmagnetfeld und einer Halteeinrichtung für die zweite Erzeu­ gungseinrichtung. Ein derartiges Verfahren sowie eine derartige Vorrichtung sind aus der DE 44 32 747 A1 bekannt.

Magnetresonanzuntersuchungen erlauben einen Einblick in feste, flüssige oder gasförmige Proben. Bei dem auch als Kernspinresonanz-Spektroskopie be­ zeichneten Untersuchungsverfahren werden bestimmte, in den Proben enthal­ tene Atomkerne in einem statischen Magnetfeld angeregt. Die Kernspins präzi­ dieren dabei - klassisch betrachtet - um die Richtung des statischen Magnetfel­ des. Die kernmagnetische Resonanz beruht auf einer Eigenschaft des Atom­ kerns, dem Spin, nach der Kerne in starken Magnetfeldern Energie in Form elektromagnetischer Wellen im Radiofrequenzbereich aufnehmen und abgeben können. Betrachtet wird bei dem Effekt stets eine bestimmte Atomart. Die Re­ sonanzfrequenz ist proportional zur Magnetfeldstärke am Kernort, wobei das gyromagnetische Verhältnis γ die kernphysikalische Naturkonstante ist. Den stärksten Resonanzeffekt (größte Empfindlichkeit) haben Wasserstoffkerne, deren Resonanzfrequenz z. B. bei 0,5 Tesla bei 21,3 MHz, bei 1,0 Tesla bei 42,6 MHz und entsprechend bei 1,5 Tesla bei 64 MHz liegt. Angeregt wird die Kernspinresonanz durch hochfrequente magnetische Wechselfelder in den Richtungen x, y und z. Im Fall der Übereinstimmung von Resonanzfrequenz und Frequenz des äußeren Feldes wird die Kernmagnetisierung der Probe bzw. des Gewebes aus dem Feld herausgedreht. Der Betrag der Auslenkung charakte­ risiert den Anregungsimpuls.

Unter Berücksichtigung verschiedener Effekte (Magnetisierung, Längs- und Querrelaxation) müssen die Hochfrequenz-Signale zur Bildgebung dem Objekt räumlich zugeordnet werden. Grundsätzlich wird daher jeweils bei Anregung bzw. Auslesen des Signals ein "Feldgradient" angelegt. Dieser Feldgradient entspricht einer definierten linearen Magnetfeldstärkenänderung in einer Raum­ richtung. Die Resonanzfrequenz ω ist dann eine Funktion der Koordinate x, z. B. ω (x) = γ . G_x . x (Larmorrelation mit Gradient G_x).

Derartige Magnetresonanz-Untersuchungsverfahren werden hauptsächlich in der Medizintechnik eingesetzt. Die Kernspinresonanz-Spektroskopie erlaubt einen nicht-invasiven Einblick in den menschlichen Stoffwechsel. Darüber hin­ aus finden die Magnetresonanz-Untersuchungsverfahren in der Atom- und Kernphysik sowie in der Festkörperphysik Anwendung.

Gerade in der klinischen Magnetresonanz-Spektroskopie muß die Information über den Stoffwechsel in einem bestimmten Gewebe, also die räumliche Auflö­ sung des Magnetresonanz-Gerätes optimiert sein. Je nach Anwendung werden daher unterschiedliche Lokalisationstechniken (schichtselektive Anregung, Pha­ senkodierung, begrenzter Empfindlichkeitsbereich von Oberflächenspulen und Kombinationen davon) benutzt. Es kann dabei leicht gezeigt werden, daß die Auflösung maßgeblich von den Signalsequenzen, mit denen die Gradienten­ spulen gespeist werden, abhängt. Je größer das Verhältnis von Impulshöhe zu Anstiegszeit ist, desto besser ist die Auflösung. Es ist also vorteilhaft, hohe Amplituden bei kurzen Anstiegszeiten zu verwenden.

Typische Magnetresonanz-Anlagen haben ein Röhrensystem, in dessen Zen­ trum der Patient hineingeschoben wird. Die Magnetfelder werden elektrisch durch Spulensysteme, die in dem Röhrensystem integriert sind, generiert.

Die Ströme I verursachen das Magnetfeld der magnetischen Induktion B. Auf­ grund der bewegten Ladung im Magnetfeld werden elektromagnetische Kräfte, nämlich Lorentz-Kräfte F erzeugt, deren Betrag senkrecht zur Magnetfeld- und Stromrichtung maximal ist. Die Leiter, also hier die Spulen, erfahren F derart, daß sie ihrerseits strukturelle Vibrationen, nämlich die Eigenformen des Röhren­ systems erzeugen können. Diese Vibrationen gehen stets mit einer nicht zu ver­ nachlässigenden Luftschallabstrahlung einher. Das ganze Röhrensystem wirkt dabei - akustisch betrachtet - als Lautsprechermembran. Aufgrund der extrem hohen Ströme, die durch die Spule fließen, sind die Kräfte und damit auch die Schalldrücke hoch. Derartige Schalldrücke von 120 dB und mehr erzeugen nicht nur Angst- und Bedrohungsgefühle beim Patienten, sondern können auch le­ bensbedrohend sein.

Ein passiver Gehörschutz, direkt am menschlichen Gehör, reicht daher bei wei­ tem nicht mehr aus. Als weitere passive Maßnahme wurde vorgeschlagen, das die Gradientenspulen haltende Röhrensystem mechanisch zu versteifen. Die bisherigen Ergebnisse sind allerdings mangelhaft.

Gemäß der eingangs genannten DE 44 32 747 A1 sind daher ein Kernspintomographie-Gerät und -Verfahren mit einer aktiven Geräuschdämpfung vorgeschlagen worden. Dort sind piezoelektrische Bauelemente dämpfungsfrei an einem die Gradientenmag­ netfeldspule haltenden Halteteil befestigt, an denen eine Spannung angelegt ist und die dadurch eine Verformung erfahren. Die Verformung erzeugt eine Kraft, die auf das Halteteil übertragen wird. Diese verhindert im wesentlichen eine Verformung des Halteteils, wobei die an das piezoelektrische Bauelement angelegte Spannung geeignet gesteuert wird. Die piezoelektrischen Bauele­ mente werden entweder nach einer für bestimmte, festgelegte Anregungs­ signalsequenzen der Gradientenspulen experimentell angepaßten und gespei­ cherten Steuerkurve oder auf Grundlage von Meßergebnissen einer Verfor­ mungsmeßeinrichtung im Halteteil angesteuert. Nachteilig ist der erhebliche Regelaufwand für die Ansteuerung der piezoelektrischen Bauelemente. Dieses System ist daher sehr kostenaufwendig.

Ferner ist aus dem Artikel "Vibration Control of a Cylindrical Shell Used in MRI Equipment" von Qui, J. und Tani, J. in Smart Materials and Structures, Vol. 4, Seiten A75-A81, 1995 eine aktive Schwingungsdämpfung von zylindrischen Hohlkörpern in Magnetresonanzgeräten bekannt. Zur Dämpfung von Eigen­ schwingungen des Hohlzylinders ist eine Vielzahl von piezoelektrischen Aktua­ toren an geeigneten Positionen vorzusehen. Nachteilig ist auch hier der erheb­ liche apparative und regelungstechnische Aufwand.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, die bei Magnetresonanzuntersuchungen auftretenden Schalldrücke wirksam mit vertretbarem Aufwand zu verringern.

Gelöst wird diese Aufgabe verfahrensgemäß dadurch, daß mittels Magnetostrik­ tion Kräfte erzeugt werden, die eine den elektromagnetischen Kräften entge­ gengesetzte Komponente aufweisen, von demselben Gradientenmagnetfeld erzeugt werden und in Längsrichtung und/oder in Umfangsrichtung und/oder in radialer Richtung des Untersuchungsraums wirken.

Vorrichtungsgemäß wird die Aufgabe bei einer gattungsgemäßen Vorrichtung dadurch gelöst, daß an der Halteeinrichtung ein magnetostriktives Materialsy­ stem vorgesehen ist.

Mit diesem Verfahren und dieser Vorrichtung werden die durch Schwingungen am Tomographen erzeugten Schallpegel durch eine aktive bzw. dynamische Versteifung des Systems erheblich reduziert.

Verfahrensgemäß sind die mittels Magnetostriktion erzeugten Kräfte im wesent­ lichen entgegengesetzt zu den elektromagnetischen Kräften gerichtet. Beson­ ders bevorzugt werden die Kräfte mit den entgegengesetzten Komponenten durch Abmessungsänderungen an den Magnetostriktion erzeugenden magneto­ striktiven Materialien hervorgerufen. Vorzugsweise wird der Betrag und die Richtung der entgegengesetzt gerichteten Kräfte durch Form und Ausrichtung der magnetostriktiven Materialien ausgewählt. Vorzugsweise wird der Betrag der entgegengesetzt gerichteten Kräfte durch eine mechanische oder elektromagnetische Vorspannung der magnetostriktiven Materialien eingestellt.

Vorrichtungsgemäß ist besonders bevorzugt das magnetostriktive Materialsys­ tem aus flächigen oder streifenförmigen magnetostriktiven Bauelementen gebil­ det. Vorzugsweise sind nämlich bei einer zylindrisch ausgebildeten Halteeinrichtung die magnetostriktiven Bauelemente auf der Zylindermantelfläche achsparallel in Längsrichtung befestigt.

Um dabei besonders gut in die Mantelfläche eingepaßt werden zu können, erweist sich flächige oder streifenförmige Ausbildung als sehr vorteilhaft.

Bevorzugt können bei einer zylindrisch ausgebildeten Halteeinrichtung die magnetostriktiven Bauelemente alternativ aber auch auf der Zylindermantelflä­ che in Umfangsrichtung in Ringform befestigt sein. Besonders bevorzugt ist das magnetostriktive Materialsystem mechanisch vorgespannt auf der Halteeinrich­ tung befestigt. Um den Aufwand an zusätzlichen Hilfsmitteln möglichst gering zu halten, ist vorzugsweise das magnetostriktive Materialsystem vom statischen Magnetfeld vorgespannt auf der Halteeinrichtung angeordnet. Bevorzugt sind am magnetostriktiven Materialsystem Weg- und/oder Kraftübersetzungs­ einheiten für Meßzwecke und zur Ansteuerung vorgesehen.

Besonders bevorzugt ist das magnetostriktive Material aus Legierungen der Metalle Fe (Eisen), Ni (Nickel), Co (Kobalt) und/oder der seltenen Erden (Lanthanoide), Sm (Samarium), Tb (Terbium), Ho (Holmium), Dy (Dysposium), Er (Erbium) und/oder Tm (Tulium) gebildet.

Da die durch das schnell veränderliche Magnetwechselfeld (Gradientenmagnet­ feld) erzeugten elektromagnetischen Kräfte eine unerwünschte Schallabstrah­ lung hervorrufen, werden erfindungsgemäß den elektromagnetischen Kräften entgegengesetzt gerichtete Kräfte erzeugt. Dies geschieht durch vom Wechselfeld des Gradientenmagnetfeldes hervorgerufene Magnetostriktion. Bevorzugt werden die entgegengesetzt gerichteten Kräfte durch Abmessungs­ änderungen an magnetostriktiven Materialien erzeugt. Durch geeignete Ausbildung der magnetostriktiven Materialien und insbesondere deren Ausrichtung kann der Betrag und die Richtung der entgegengesetzt gerichteten Kräfte genau dem Einsatzzweck angepaßt werden. Darüber hinaus ist es möglich, die entgegengesetzt gerichteten Kräfte durch eine mechanische oder elektromagnetische Vorspannung der magnetostriktiven Materialien einzustellen. Eine Einspannung des magneto- oder elektrostriktiven Materials führt zur Krafterzeugung, im Unterschied zu einer lediglich einseitigen Festlegung, bei der nur eine Auslenkung erfolgt. Im Unterschied zum Stand der Technik können dabei maximal 20 kN anstelle von sonst üblich 2 bis 3 kN erzeugt werden.

An der Vorrichtung zur Magnetresonanzuntersuchung ist an einer Halteeinrich­ tung für die das Gradientenmagnetfeld erzeugende Spule ein magnetostriktives Materialsystem vorgesehen. Das magnetostriktive Materialsystem ist an der Halteeinrichtung so befestigt, daß es den primär wirkenden Lorentzkräften, die mit dem Wechselmagnetfeld an den stromdurchflossenen Leitern der Spule wirken, entgegenwirkt. Der Einbau des magnetostriktiven Materialsystems an der Halteeinrichtung dämpft bzw. reduziert die primär vorhandenen Schwingun­ gen und somit die Schallabstrahlung. Das magnetostriktive Materialsystem wird dabei vom vorhandenen statischen und insbesondere dem Gradientenmagnet­ feld mitbetrieben. Die in dem magnetostriktiven Material im Wechselmagnetfeld entstehenden Abmessungsänderungen erzeugen dabei die entgegengesetzte, mechanische Kraft, die somit die Vorrichtung dynamisch bzw. aktiv stabilisiert.

Die Anordnung des magnetostriktiven Materials ist bevorzugt genau so, daß die entstehenden Kräfte entgegengesetzt zu den Lorentzkräften gerichtet sind. Möglich und für spezielle Anwendungsfälle unter Umständen in Betracht zu zie­ hen sind aber auch schräge, nicht exakte oder optimale Ausrichtungen des ma­ gnetostriktiven Materials.

Wenn das magnetostriktive Materialsystem aus flächigen oder streifenförmigen magnetostriktiven Bauelementen gebildet ist, ist eine leichte Abstimmung der entgegengesetzt gerichteten Kräfte nach Betrag und Richtung auswählbar.

Für als Gradientenspulen ausgebildete zweite Magnetfelderzeugungseinrich­ tungen ist die Halteeinrichtung bevorzugt zylinderförmig ausgebildet. Bei einer derartigen Halteeinrichtung nehmen magnetostriktive Bauelemente, die auf der Zylindermantelfläche achsparallel in Längsrichtung befestigt sind, insbesondere Biegekräfte entlang der Zylinderachse auf. Diese Längsversteifungen sind vor­ rangig vorzusehen, da die Schwingungsamplitude der axialen Eigenformen, sogenannte Bananen-Modi, sehr groß sind.

Die größten Dehnungen rühren von den Eigenformen her. Sie treten in Längs-, Umfangs- und radialer Richtung auf, weswegen in diesen Richtungen vorteilhaft die durch Magnetostriktion erzeugten Kräfte wirken. Das Magnetfeld ist vorzugsweise zugleich Energiequelle für die magnetostriktiven Aktuatoren, wobei dadurch Sensorik, Aktuatorik sowie Regelung in einem vereint sind.

Zur Erhöhung der Quersteifigkeit ist es vorteilhaft, daß bei einer zylindrisch aus­ gebildeten Halteeinrichtung die magnetostriktiven Bauelemente auf der Zylin­ dermantelfläche in Umfangsrichtung in Ringform befestigt sind. Derartige Quer­ versteifungen dämpfen die radialen Eigenformen der zylindrischen Halteeinrich­ tung.

Wesentlich für die erfindungsgemäße dynamische Versteifung ist die Verbin­ dungstechnik zwischen Halteeinrichtung und magnetostriktivem Materialsystem, die den Kraftfluß in die jeweilige Richtung weiterleiten muß. Zur Einstellung der gewünschten entgegengesetzten Kräfte ist es daher vorteilhaft, daß das magne­ tostriktive Materialsystem mechanisch vorgespannt auf der Halteeinrichtung befestigt ist und/oder, daß das magnetostriktive Materialsystem vom statischen Magnetfeld vorgespannt auf der Halteeinrichtung angeordnet ist. Ferner kann die mechanisch wirkende, entgegengesetzte Kraft am magnetostriktiven Mate­ rialsystem durch Weg- und/oder Kraftübersetzungseinheiten verstärkt werden. Insgesamt können damit sowohl Betrag als auch Richtung der entgegengesetz­ ten Kräfte auf die vorhandenen Schwingungen der Vorrichtung eingestellt wer­ den.

Magnetostriktive Legierungen sind ferromagnetisch, so daß sie bei der Ausle­ gung des Gerätes in der Magnetfeldberechnung berücksichtigt werden müssen. Wird ein ferro-magnetisches Material verwendet, tritt nämlich eine Veränderung des Magnetfeldes bei Einbringen des Materials auf. Es ist daher eine Korrektur erforderlich. Durch Veränderung des Magnetfeldes werden ansonsten aber vorteilhaft Schwingungen und Schall vermindert. Die Form der Korrekturspulen ist entsprechend zu ändern. Das Materialsystem kann so aufgebaut werden, daß die Magnetostriktionen nur eine oder mehrere Komponenten darstellen. Dies ist insbesondere vorteilhaft, wenn durch Weg- und/oder Kraftübersetzungseinheiten aus dem magnetostriktiven Material ein Aktuatorsystem erzeugt wird.

Nachfolgend wird die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnungen detailliert beschrieben.

Darin zeigt:

Fig. 1 magnetostriktive Bauelemente an einer zylindrischen Halteeinrich­ tung in dreidimensionaler, teils geschnittener Ansicht,

Fig. 2 eine Gradientenspule in schematischer dreidimensionaler Ansicht, und

Fig. 3 die Verformung einer zylindrischen Halteeinrichtung bei einer Kraft­ beanspruchung gemäß Fig. 2.

Fig. 1 zeigt eine perspektivische Ansicht einer zylindrischen Halteeinrichtung 10 in teilweise geschnittener Darstellung mit magnetostriktiven Bauelementen 11, 12.

In bekannten Magnetresonanztomographen sind zur Erzeugung der Gradien­ tenmagnetfelder Spulen in besonderer Anordnung auf einer zylindrischen Hal­ teeinrichtung angeordnet. In Fig. 2 ist in schematischer, dreidimensionaler An­ sicht ein Gradientenspulenpaar 20 dargestellt. Das Gradientenspulenpaar 20 erzeugt ein Gradientenmagnetfeld in Y-Richtung gemäß dem in Fig. 2 oben rechts dargestellten Koordinatensystem. Ein entsprechendes Gradientenspu­ lenpaar zur Erzeugung eines Gradientenmagnetfeldes in X-Richtung ist in gleicher Anordnung auf der Mantelfläche der Halteeinrichtung 10 um 90° um die mit der Zylinderachse zusammenfallende Z-Achse gedreht angeordnet. Die Gradientenspule für die X-Richtung und die für die Y-Richtung sind in diesem Ausführungsbeispiel beide Sattelspulen, die sich jeweils paarweise gegenüber­ liegen. Neben diesen typischerweise verwendeten Sattelspulen könnten aber auch andere Spulentypen Verwendung finden.

Die Z-Gradientenspule ist in Fig. 2 der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt. Die Z-Gradientenspule ist um die zylindrische Halteeinrichtung 10 gewickelt. In der Spulenhälfte mit Z < 0 ist der Leiter der Spule in die eine Richtung, in der anderen Spulenhälfte in der entgegengesetzten Richtung gewickelt. Zusammen erzeugen die zwei Spulenhälften ein lineares Gradientenfeld entlang der Z-Achse.

Wird eine Kraft in die Anordnung gemäß Fig. 2 eingeleitet, reagiert diese mit einer Verformung als Eigenform. Eine solche Eigenform als sogenannter Bananen-Modus ist in Fig. 3 dargestellt.

Ferner ist in Fig. 2 ein das Gradientenmagnetfeld der magnetischen Induktion B verursachender Strom I in der dort gezeigten Y-Gradientenspule 20 dargestellt. Der elektrische Strom I bzw. die im Leiter bewegte Ladung erzeugt im Magnet­ feld Lorentz-Kräfte F, die senkrecht zur Magnetfeld- und Stromrichtung gerichtet sind. Die sich aus den an den Spulen wirkenden Kräften F bildenden Verfor­ mungen sind in Fig. 3 als Beispiel einer axialen Eigenform der zylindrischen Halteeinrichtung 10 schematisch dargestellt. Die als dünnwandiger Zylinder wirkende Halteeinrichtung 10 vollführt somit in Abhängigkeit von der an die Gradientenspule 20 angelegten Signalsequenz Vibrationen oder Schwingungen in den Eigenformen des Zylinders.

Die in Fig. 2 nicht dargestellte Z-Gradientenspule erzeugt Kräfte in Richtung der Zylinderachse (Z-Achse) der Halteeinrichtung 10, in deren Richtung die Halte­ einrichtung sehr steif ist und somit nur unwesentlich zur Schallabstrahlung bei­ trägt. Demgegenüber ist in X- und Y-Richtung, in der jeweils ein lineares, radia­ les Gradientenfeld vorliegt, die Steifigkeit der zylindrischen Halteeinrichtung 10 geringer, so daß die extremen Schallpegel vorrangig durch diese Spulenpaare erzeugt werden.

Diese auftretenden Kräfte erzeugen bei bekannten Vorrichtungen die in Fig. 3 schematisch dargestellten Amplituden von beispielsweise 150 µm in X- und Y-Richtung bei ca. 1 kHz am Ort der maximalen Auslenkung, das ist das Spu­ lenende. Um diesen Auslenkungen zur Reduzierung der Schallabstrahlung erfindungsgemäß entgegengesetzt gerichtete Kräfte entgegenzusetzen, ist ein magnetostriktives Bauteil, welches eine Längsdehnung in Magnetfeldrichtung erzeugt, vorzusehen.

In Fig. 1 ist das magnetostriktive Bauteil in Form von parallel zur Zylinderachse (Z-Achse) auf der Zylindermantelfläche der Halteeinrichtung 10 angeordneten Längsstreifen 11 aus magnetostriktivem Material ausgebildet. Diese magneto­ striktiven Längselemente 11 können außerhalb oder vorzugsweise innerhalb der zylindrischen Wandung der Halteeinrichtung 10 angebracht sein. Bevorzugt werden vier streifenförmige Längselemente 11 mit in Umfangsrichtung gleichem Abstand an der Halteeinrichtung 10 befestigt. Zu berücksichtigen ist dabei, daß gegenüberliegende Elemente 11 gleichphasig angesprochen und somit mit entsprechender Polarität eingebaut werden müssen.

Für den dynamischen Betrieb ist eine Vorspannung der magnetostriktiven Ele­ mente 11 vorteilhaft. Die Vorspannung kann über das statische Magnetfeld des Tomographen oder über eine mechanische Vorspanneinrichtung erzielt werden.

Femer ist mit in Umfangsrichtung ringförmig ausgebildeten magnetostriktiven Elementen 12 eine aktive Versteifung der Halteeinrichtung 10 in Querrichtung erreichbar. Damit wird eine dynamische Versteifung der zylindrischen Halteein­ richtung 10 gegen radiale Eigenformen bewirkt.

Bevorzugt werden die in Längs- und Querrichtung angeordneten magnetostrik­ tiven Elemente 11, 12 kombiniert mit passiven Versteifungen, so daß Kräfte in der entsprechenden Richtung auftreten.

Als Werkstoff für die aktiven Versteifungselemente 11, 12 wird ein magneto­ striktiver Werkstoff, dessen B(H)-Diagramm eine Hysteresekurve darstellt und somit ein nicht lineares magnetisches Verhalten zeigt, verwendet. Bei diesem Material tritt aufgrund eines äußeren Magnetfeldes eine Abmessungsänderung auf. Diese als Joule-Effekt bekannte geometrische Abmessungsänderung wird Magnetostriktion genannt. Hierfür gilt

wobei

S = Dehnung,
ℓ = Länge des Materials,
Δℓ = Längenänderung,
d = magnetostriktives Modul
H = magnetische Feldstärke,
S^H = mechanische Nachgiebigkeit (Kehrwert des E-Moduls) und
T = mechanische Spannung.

Erfindungsgemäß können fast alle magnetischen Werkstoffe, bei denen der magnetostriktive Effekt zu erwarten ist, verwendet werden. Dies sind Legierun­ gen der Metalle Fe (Eisen), Ni (Nickel) und/oder Co (Kobalt) mit den seltenen Erden Sm (Samarium), Tb (Terbium), Ho (Holmium), Dy (Dysprosium), Er (Er­ bium) und/oder Tm (Thulium) als wesentliche Bestandteile. Durch Beimischung anderer Elemente sind die Materialeigenschaften gezielt veränderbar. Beispiels­ weise besitzt die ternäre Legierung Terfenol-D Tb_1-x Dy_x Fe_x (x = 0,27) extre­ me Längenänderungseigenschaften. Aber auch amorphe Eisenbasislegierun­ gen, wie beispielsweise Fe-B-Si Legierungen, können wegen geringer Um­ magnetisierungsverluste, hoher Sättigungsinduktionen, geringer Koerzitivfeld­ stärken und damit extrem schmaler Magnetisierungsschleifen bevorzugt ver­ wendet werden.

Darüber hinaus können über eine Änderung der Magnetisierung des magneto­ striktiven Materials Variationen der Materialsteifigkeiten durch Variation des E-Modul bewirkt werden. Grundlage hierfür ist die Ausnutzung des Magneto­ elastizitäts-Effektes (ΔE-Effekt).

Mit geeignet ausgebildeten magnetostriktiven Materialien können sehr große Stellkräfte erreicht werden. Ferner ist die Reproduzierbarkeit des Stellwegs bei hoher Stellgenauigkeit gewährleistet. Der elektromagnetische Wirkungsgrad ist hoch. Ferner treten keine Depolarisationseffekte auf.

Das magnetostriktive Material zeigt sehr kurze Reaktionszeiten im µs-Bereich, so daß aufgrund der geringen Totzeiten das Material auch bei höheren Fre­ quenzen (< 5 kHz) eingesetzt werden kann. Das Material erlaubt hohe Umge­ bungstemperaturen, beispielsweise liegt bei Terfenol-D die Curie-Temperatur bei 380°C.

Die vorliegende Erfindung reduziert somit bereits am Entstehungsort in der Halteeinrichtung für die Gradientenspulen die Luftschallabstrahlung durch eine wirksame aktive Dämpfung von Vibrationen. Im Untersuchungsraum ist der Lärmschallpegel also erheblich reduziert. Weder die unerwünschte Vibrationen aufnehmenden Sensoren noch daran anschließende Reglereinheiten und Lei­ stungsverstärker sind notwendig, da die Ansteuerung der eingebauten magne­ tostriktiven Materialsysteme direkt über die für die Magnetresonanzuntersu­ chung betriebenen Gradientenspulen erfolgt. Somit ist die erfindungsgemäße Schalldämpfungsmaßnahme wenig kostenaufwendig. Ferner ist zu berücksich­ tigen, daß massive statische Versteifungen, die das Gewicht und das Volumen des Tomographen erhöhen, nicht notwendig sind und insoweit eine Kostener­ sparnis erreicht wird.

Durch die kurzen Ansprechzeiten sind die bekannten, an die Gradientenspule angelegten Signalsequenzen verwendbar. Das Meßprogramm bisheriger Kern­ spintomographen kann daher bei gleicher räumlicher Auflösung durchgeführt werden, wohingegen die Lärmbelästigung im Untersuchungsraum erheblich reduziert ist.

Bezugszeichenliste

10

Halteeinrichtung

11

magnetostriktives Längselement

12

magnetostriktives Querelement

20

Gradientenspule
Bmagnetische Induktion
FLorentzkraft
IStrom
XRaumrichtung
YRaumrichtung
ZRaumrichtung

Claims (13)

1. Verfahren zur Magnetresonanzuntersuchung, insbesondere Kernspin­ tomographie, bei dem ein statisches Magnetfeld in einem Untersuchungs­ raum erzeugt und diesem zumindest ein Gradientenmagnetfeld überlagert wird und bei dem unerwünschte wechselnde elektromagnetische Kräfte entstehen, dadurch gekennzeichnet, daß mittels Magnetostriktion Kräfte erzeugt werden, die eine den elektro­ magnetischen Kräften entgegengesetzte Komponente aufweisen, von demselben Gradientenmagnetfeld erzeugt werden und in Längsrichtung und/oder in Umfangsrichtung und/oder in radialer Richtung des Untersu­ chungsraums wirken.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mittels Magnetostriktion erzeugten Kräfte im wesentlichen entge­ gengesetzt zu den elektromagnetischen Kräften gerichtet sind.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kräfte mit den entgegengesetzten Komponenten durch Abmes­ sungsänderungen an den Magnetostriktion erzeugenden magnetostrikti­ ven Materialien hervorgerufen werden.

4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Betrag und die Richtung der entgegengesetzt gerichteten Kräfte durch die Form und Ausrichtung der magnetostriktiven Materialien ausge­ wählt wird.

5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Betrag der entgegengesetzt gerichteten Kräfte durch eine me­ chanische oder elektromagnetische Vorspannung der magnetostriktiven Materialien eingestellt wird.

6. Vorrichtung zur Magnetresonanzuntersuchung, insbesondere Kernspin­ tomographie, mit einer ersten Erzeugungseinrichtung für ein statisches Magnet­ feld, einer zweiten Erzeugungseinrichtung (20) für zumindest ein Gradienten­ magnetfeld und einer Halteeinrichtung (10) für die zweite Erzeugungseinrich­ tung (20), dadurch gekennzeichnet, daß an der Halteeinrichtung (10) ein magnetostriktives Materialsystem (11, 12) vorgesehen ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das magnetostriktive Materialsystem aus flächigen oder streifenförmigen magnetostriktiven Bauelementen (11, 12) gebildet ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer zylindrisch ausgebildeten Halteeinrichtung (10) die magnetostrik­ tiven Bauelemente (11) auf der Zylindermantelfläche achsparallel in Längsrichtung befestigt sind.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer zylindrisch ausgebildeten Halteeinrichtung (10) die magneto­ striktiven Bauelemente (12) auf der Zylindermantelfläche in Umfangsrich­ tung in Ringform befestigt sind.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das magnetostriktive Materialsystem (11, 12) mechanisch vorge­ spannt auf der Halteeinrichtung (10) befestigt ist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das magnetostriktive Materialsystem (11, 12) vom statischen Magnet­ feld vorgespannt auf der Halteeinrichtung (10) angeordnet ist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß am magnetostriktiven Materialsystem (11, 12) Weg- und/oder Kraft­ übersetzungseinheiten vorgesehen sind.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Material des magnetostriktiven Material­ systems (11, 12) aus Legierungen der Metalle Fe (Eisen), Ni (Nickel), Co (Kobalt) und/oder der seltenen Erden Sm (Sa­ marium), Tb (Terbium), Ho (Holmium), Dy (Dysprosium), Er (Erbium) und/oder Tm (Thulium) gebildet ist.