DE19722193C2 - Magnetresonanz-Scanner - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Magnetresonanz-Scanner mit einem in einem Grundfeldsystem und einem Gradientensystem angeordneten Hochfrequenzsystem mit Sende-/Empfangsantennen sowie ggf. einem Hochfrequenzschirm, sowie mit Führungen für eine verfahrbare Patientenliege.

Ein Magnetresonanz-Scanner umfaßt als wesentliche Bauteile die drei Baugruppen: Grundfeldsystem, Gradientensystem und Hochfrequenzsystem (HF-System). Das Grundfeldsystem dient zur Bereitstellung eines starken statischen Magnetfeldes (typisch 0,1-4 Tesla). Das Gradientensystem liefert ein im Nieder­ frequenzbereich bis etwa 1 kHz einstellbares Magnetfeld mit einem linear ansteigenden bzw. abfallenden Verlauf in einer oder mehreren Richtungen (typisch bis 30 mT/m). Das HF-System stellt ein im Hochfrequenzbereich bei der im wesentlichen durch das statische Magnetfeld vorgegebenen Kernspinresonanz­ frequenz von 42,45 MHz/T oszillierendes Magnetfeld zur Aus­ lenkung der Kernspins zur Verfügung, das darüber hinaus auch zum Empfang der Signale der relaxierenden Kernspins dienen kann.

Diese drei Baugruppen umgeben bei den meisten Magnetresonanz- Scannern den zu untersuchenden Patienten wie die Schalen ei­ ner Zwiebel in der Reihenfolge: HF-System, Gradientensystem und Grundfeldsystem. Dabei muß der Patient auf einer in die zylinderförmige Öffnung hinein- und herausfahrbaren Liege ge­ lagert werden.

Ein bisher nicht befriedigend lösbares Problem bei allen Ma­ gnetresonanz-Scannern ist der vom Gradientensystem in dem starken Grundmagnetfeld aufgrund der starken Lorentzkräfte erzeugte hohe Lärmpegel. Darüber hinaus ist sowohl der übli­ che Aufbau, bei dem die einzelnen Bauteile des HF-Systems als Segmente in ein die Gradientenspulen enthaltendes Rohr einge­ baut sind, montageaufwendig und störanfällig. Die bei dieser Einbauart sich ergebende Strukturierung der Bohrung zum Durchfahren der Patientenliege ist sowohl optisch belastend für den Patienten und läßt sich darüber hinaus nur äußerst umständlich steril halten. Schließlich erfordert dieser Auf­ bau auch umständliche störanfällige interne Verkabelungen der Bauteile des HF-Systems und es ergibt sich insgesamt eine ra­ dial relativ dickbauende Konstruktion, wodurch bei vorgegebe­ nem lichtem Innendurchmesser zum Durchfahren der Patienten­ liege der freie Durchmesser des Grundfeldsystems erhöht wer­ den muß. Dieser freie Durchmesser (warm bore) des Grundfeld­ systems bestimmt aber zum großen Teil den Preis des Grund­ feldmagneten.

Diese Schwierigkeiten gelten auch für einen Magnetresonanz- Scanner, wie er in der US 5197474 A beschrieben ist. Die Hoch­ frequenzspule ist hier fest mit dem Unterbett einer zweitei­ ligen Liege verbunden und wird gemeinsam mit dieser in das Grundfeldsystem und das Gradientensystem eingeschoben. Die Verkabelung muß dabei mit eingezogen werden, was ebenfalls den freien Durchmesser des Grundfeldsystems erhöht.

Bei der US 4654596 ist die Hochfrequenzspule auf eine Träger­ hülse aufgewickelt, deren Länge der Länge der Hochfrequenz­ spulenwicklung entspricht. Dieses kurze Rohrstück liegt in­ nerhalb des Scanners und behindert, noch dazu da auch hier die Zuführungen wiederum lose in der Durchgangsöffnung für den Patienten angeordnet sein müssen, das Ein- und Ausfahren des Patienten.

In der US 4 634 980 wird ein Magnetresonanz-Scanner für Kopf­ untersuchungen beschrieben, bei dem die Magnetspule unabhän­ gig von der in das Grundfeld- und Gradientensystem einschieb­ baren Patientenliege über eine den Patientenkopf aufnehmende zungenförmige Verlängerung der Patientenliege verfahrbar ist. Diese Ausbildung ist auf einen Scanner für Ganzkörperuntersu­ chungen überhaupt nicht übertragbar, da ja hier das Verfahren der Gradientenspule über die im Grundfeld- und Gradientensy­ stem verfahrbare Patientenliege gar nicht möglich wäre.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Magne­ tresonanz-Scanner der eingangs genannten Art so auszugestal­ ten, daß er bei einfachem, störunanfälligem Aufbau sowie einer optisch gefälligen und leicht desinfizierbaren glatten Innen­ bohrung für die Patientenliege so ausgebildet ist, daß er ei­ nerseits eine Schalldämmung gegenüber dem hohen Lärmpegel des Gradientensystems bietet und andererseits einen leichten Aus­ tausch für etwaige Reparaturen ermöglicht.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß die elektrischen Komponenten des HF-Systems in ein zylindri­ sches, steifes, das Grundfeldsystem und das Gradientensystem in axialer Richtung durchsetzendes Tragrohr eingelagert sind, das gleichzeitig als Träger für die Führungen für die Patientenliege dienend als Baueinheit in das Grundfeld- und Gradientensystem einschiebbar ist, wobei das Tragrohr das Gradientensystem vorzugsweise berührungsfrei durchsetzen soll.

Durch diese Ausbildung des HF-Systems entfällt zum einen die umständliche Montage getrennter Hochfrequenzsegmente an der Innenwandung des Gradientenspulen-Tragrohrs. Man erhält auf diese Weise eine geschlossene glatte Rohrkonstruktion, die wegen der glatten Innenfläche klaustrophobe Beklemmungsgefüh­ le des Patienten gering hält, was in Weiterbildung der Erfin­ dung noch dadurch unterstützt werden kann, daß am Tragrohr beidends offene Lagerschalen angeformt sind. Das Tragrohr ist also nur im mittleren Abschnitt, der im Magnetsystem angeord­ net ist, als geschlossenes Rohr ausgebildet, während an den beiden Enden durch die nach oben offenen Lagerschalen, die der freien Aufhängung im Grundfeldsystem oder ggf. auch au­ ßerhalb dieses Grundfeldsystems dienen können, die Systemlän­ ge so kurz gehalten ist, daß Beklemmungen der durchzufahren­ den Patienten möglichst gering gehalten werden können.

Um die freitragende Lagerung des erfindungsgemäßen, das HF- System enthaltenden Tragrohrs im umgebenden Magnetsystem ohne wesentliche Durchbiegungen und damit ohne Veränderungen des vorgegebenen Luftspaltes realisieren zu können, können ver­ schiedene selbsttragende Konstruktionen vorgesehen werden. Entweder man baut das Tragrohr abwechselnd aus vorzugsweise faserverstärkten Kunststoffschichten und Hartschaumschichten auf, oder aber man wählt eine Ausbildung, bei der das Trag­ rohr durch Kunststoff-Folien (Prepreg-Schichten)getrennte Hohlwaben-Ringschichten aus Kunststoff mit radial verlaufen­ der Wabenlängsachse aufweist. Durch diese grundsätzlich bei­ spielsweise aus dem Flugzeugbau vorbekannte Wabenstruktur er­ gibt sich eine äußerst steife, tragfähige und dabei sehr leichte Struktur, die sowohl geeignet ist, zugleich die Hoch­ frequenzfunktionen einzubetten als auch die Patientenlagerung zu übernehmen. Darüber hinaus ermöglicht diese Konstruktion eine besonders einfache Fertigung, bei der das Tragrohr aus miteinander verklebten, auf einem Wickeldorn übereinanderge­ schichteten Lagen aufgebaut wird, wobei die Antenne und/oder ein HF-Schirm als Folien in das Tragrohr-Laminat eingebettet werden können. Diese Tragkonstruktion hat darüber hinaus den Vorteil, daß nur geringe HF-Verluste auftreten und daß wegen ε_r ≈ 1 auch die Resonanzfrequenz kaum beeinflußt ist.

Durch den erfindungsgemäßen Aufbau ist ein sehr einfacher Austausch des HF-Systems als einfache in das Magnetsystem einschiebbare Baueinheit möglich. Die geschlossene Ausbildung des Tragrohrs bietet darüber hinaus einen hervorragenden Brandschutz, Hochspannungsberührungsschutz, einfache Desinfi­ zierbarkeit und durch das Wabensystem auch einen guten Lärm­ schutz, der noch dadurch verbessert sein kann, daß die Hohl­ räume der Waben mit Dämmaterial gefüllt werden. Dadurch, daß kein zusätzliches tragendes System, beispielsweise für die Führung der Patientenliege, notwendig ist, ergibt sich eine erhebliche Platzeinsparung und damit ein kleinerer Durchmes­ ser des "warm bores", was durch die damit mögliche Verkleine­ rung des Grundfeldsystems zu einer erheblichen Kosteneinspa­ rung führt. Im Gegensatz zu den bisherigen Lösungen mit in das Gradientensystem-Tragrohr eingebauten und darin verdrah­ teten Segmenten für das HF-System ergibt sich bei dem erfin­ dungsgemäßen geschlossenen Aufbau eine Minimierung der Gefahr des Losreißens von elektrischen Kontakten. Darüber hinaus er­ geben sich keine undefinierbaren Kontaktstellen von Metall auf Metall oder Kunststoff auf Kunststoff, und schließlich kann man dabei auch Fremdteilchen, wie Staub, Lötspritzer, Muttern, Schrauben o. ä., als mögliche Ursache für Betriebs­ störungen vollständig ausschließen. Schließlich bildet das mit einer Wabenstruktur aufgebaute Tragrohr für das HF-System und die Lagerung der Patientenliege auch den Vorteil einer festen Resonanzfrequenz ohne die Gefahr einer "Mikrophonie".

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung er­ geben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausfüh­ rungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Dabei zeigen:

Fig. 1 einen schematischen Schnitt durch einen Magnetreso­ anz-Scanner mit einem erfindungsgemäßen HF- Tragrohr,

Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie II-II in Fig. 1

Fig. 3 einen stark vergrößerten Schnitt durch die Wandung des erfindungsgemäßen HF-Tragrohrs etwa längs der Linie III-III in Fig. 2,

Fig. 4 einen Längsschnitt durch ein HF-Tragrohr in Hart­ schaumbauweise, und

Fig. 5 einen Schnitt längs der Linie V-V in Fig. 4.

In Fig. 1 erkennt man schematisch den Magneten 1 des Grund­ feldsystems sowie die in diesem Grundfeldsystem angeordnete rohrförmige Struktur des Gradientensystems 2. Im Innern des Gradientensystems ist erfindungsgemäß das HF-System in Form eines die entsprechenden elektrischen Bauteile enthaltenden, als Wabenstruktur aufgebauten Tragrohrs 3 zu erkennen, das lediglich im entscheidenden Abschnitt innerhalb des Magnetsy­ stems als geschlossenes Rohr ausgebildet ist, während es bei­ dends mit nach oben offenen Lagerschalen 4 versehen ist, die über nur schematisch angedeutete Stützen 5 im Grundfeld- Magneten 1 gelagert sind. Damit ist das gesamte HF-Tragrohr freitragend im Magnetsystem angeordnet und kann dementspre­ chend einfach eingeschoben und für Montagezwecke wieder her­ ausgenommen werden. In der mit geschlossenen Außenflächen versehenen Konstruktion des Tragrohrs 3 sind, wie man insbe­ sondere aus Fig. 2 ersehen kann, Führungsschienen 6 für das Verfahren einer nicht gezeigten Patientenliege eingeformt oder angeklebt, so daß die bislang übliche gesonderte, häufig freitragende Anordnung dieser Führungsschienen im Magnetsy­ stem völlig entbehrlich ist. Insbesondere aber ergibt sich durch die Verbindung der Führungsschienen für die Patienten­ liege mit dem vom Magnetsystem mechanisch völlig entkoppelten HF-Tragrohr der Vorteil, daß eine direkte Körperschallüber­ tragung vom Gradientensystem auf diese Führungen vermieden ist, wodurch die Schallbelastung des Patienten von vorneher­ ein erheblich reduziert ist.

Diese Schallbelastung wird darüber hinaus auch weiter noch dadurch gedämmt, daß das HF-Tragrohr 3 wegen seiner inneren Wabenstruktur eine hervorragende Schalldämmung mitbewirkt, die auch nicht durch einen irgendwie gearteten direkten Kon­ takt mit dem Gradientensystem belastet ist. Die freie Auf­ hängbarkeit im Grundfeldmagneten bietet eine sehr wirksame Entkopplung von dem im Gradientensystem erzeugten Schallpe­ gel.

In Fig. 3 erkennt man sehr schematisch eine Mehrzahl von ge­ schlossenen Kunststoff-Folien, sog. Prepreg-Schichten 7 bis 10, die auf einem Wickeldorn übereinandergeschichtet werden, wobei die einzelnen Schichten in der Größenordnung von 0,2 bis 0,5 mm Dicke auch aus unterschiedlichen Materialien aus­ gebildet sein können. Auf dieser Innenlage ist eine erste Hohlwabenlage 11 aufgewickelt, wobei die in Fig. 3 angedeute­ te Wabenstruktur nur der Identifizierung dieser Schicht als Hohlwabenschicht dient. Selbstverständlich verlaufen die Wa­ ben nicht wie gezeigt in Umfangsrichtungs, sondern radial be­ züglich der Rohrstruktur. 12 ist eine Folienkleberschicht. Bei 13 ist eine, beispielsweise als Stanzfolie ausgebildete, Hochfrequenzantenne angedeutet und mit 14 ist wiederum eine Folienkleberschicht bezeichnet. Die Lage 15 ist eine Waben­ schicht, auf die schließlich drei weitere Prepreg-Schichten 16, 17 und 18 folgen. Bei 19 ist schließlich ein Hochfre­ quenzschirm angedeutet, der aber ggf. auch eine der Zwischen­ lagen des erfindungsgemäßen Hohlwabenschichtaufbaus des Tragrohrlaminats bilden könnte.

Für die Kontaktierung der Antenne und ggf. weiterer Hochfre­ quenzbauteile, die in die Wabenstruktur mit eingebettet sein können, sind von der Außenseite des erfindungsgemäßen Trag­ rohrs zugängliche, der Übersichtlichkeit halber in den Zeich­ nungen nicht angedeutete Öffnungen vorgesehen.

Die Fig. 4 und 5 zeigen ein gegenüber den Fig. 1 und 3 abgewandeltes Tragrohr 3'. Wie die Fig. 5 zeigt, weist dieses Tragrohr 3' einen anderen Lageaufbau auf. Neben einer Mehr­ zahl von glasfaserverstärkten Kunststoffschichten 20 bis 23 sowie dreier Hartschaumschichten 24, 25 und 26 ist die Hoch­ frequenzantenne zweigeteilt in den Schichten 13' und 13'' un­ tergebracht.

Claims (10)

1. Magnetresonanz-Scanner mit einem in einem Grundfeldsy­ stem (1) und einem Gradientensystem (2) angeordneten Hochfre­ quenzsystem mit Sende-/Empfangsantennen (13, 13', 13'') sowie ggf. einem Hochfrequenzschirm (19), sowie mit Führungen (6) für eine verfahrbare Patientenliege, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen Kompo­ nenten des Hochfrequenzsystems in ein zylindrisches, steifes, das Grundfeldsystem (1) und das Gradientensystem (2) in axia­ ler Richtung durchsetzendes Tragrohr (3, 3') eingelagert sind, das gleichzeitig als Träger für die Führungen (6) für die Patientenliege dienend als Baueinheit in das Grundfeld- und Gradientensystem (1, 2) einschiebbar ist.

2. Magnetresonanz-Scanner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Tragrohr (3, 3') das Gradientensystem (2) berührungsfrei durchsetzt.

3. Magnetresonanz-Scanner nach Anspruch 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, daß am Tragrohr (3, 3') beidseits nach oben offene Lagerschalen (4) angeformt sind.

4. Magnetresonanz-Scanner nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Tragrohr (3') abwechselnd aus vorzugsweise glasfaserverstärk­ ten Kunststoffschichten (20 bis 23) und Hartschaumschichten (24 bis 26) aufgebaut ist.

5. Magnetresonanz-Scanner nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Trag­ rohr (3) geschlossene Kunststoff-Folien (Prepreg-Schichten 7-10, 16-18) sowie Hohlwaben-Ringschichten (11, 15) aus Kunststoff mit radial verlaufenden Wabenlängsachsen aufweist.

6. Magnetresonanz-Scanner nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Tragrohr (3) aus mit­ einander verklebten, vorzugsweise auf einem Wickeldorn über­ einandergeschichteten Lagen aufgebaut ist.

7. Magnetresonanz-Scanner nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Tragrohr (3, 3') glatte, geschlossene Außenflächen aufweist.

8. Magnetresonanz-Scanner nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die An­ tenne (13, 13', 13'') und/oder der Hochfrequenzschirm (19) als Folien in das Tragrohr-Laminat eingebettet sind.

9. Magnetresonanz-Scanner nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Tragrohr (3, 3') endseitig im Grundfeldmagneten (1) gelagert ist.

10. Magnetresonanz-Scanner nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß Hohlräume der Hohlwaben-Ringschichten (11, 15) mit Dämm-Material ausge­ füllt sind.