DE19838390A1 - Noise reducing diagnostic magnetic resonance unit - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein lärmreduziertes diagnostisches Ma gnetresonanzgerät mit einem Grundfeld-Magnetsystem, einem Gradientenfeld-Magnetsystem und einem Tragkörper mit einer Antennenleiterstruktur, wobei der Tragkörper unabhängig vom Gradientenfeld-Magnetsystem am Grundfeld-Magnetsystem abge stützt ist.The invention relates to a noise-reduced diagnostic Ma gnetresonance device with a basic field magnet system, one Gradient field magnet system and a support body with a Antenna conductor structure, the support body regardless of Gradient field magnet system abge at the basic field magnet system is supported.
Ein diagnostisches Magnetresonanzgerät benutzt zur Ausrich tung der Kernspins ein starkes und homogenes Magnetfeld, das durch ein Grundfeld-Magnetsystem erzeugt wird. Typischerweise beträgt die Feldstärke des Grundmagnetfeldes 1 bis 1,5 T. Ein Gradientenfeld-Magnetsystem erzeugt entlang der drei Raumach sen ansteigende Felder von etwa 25 mT/m und mehr für die Ortsauflösung. Die Ströme zur Erzeugung der Gradientenfelder haben eine Stärke von einigen 100 A. Diese Gradientenfelder werden schnell geschaltet, was bedeutet, daß sich die Ströme in der Spule schnell ändern. Aufgrund der physikalischen Tat sache, daß auf einen stromdurchflossenen Leiter in einem Ma gnetfeld eine Kraft ausgeübt wird, entstehen in dem Gradien tenfeld-Magnetsystem enorme Kräfte. Ständiges Ändern der Ströme regt das Gradientenfeld-Magnetsystem zum Schwingen an. Für einen Patienten, der zur Untersuchung in unmittelbarer Nähe des Gradientenfeld-Magnetsystems gelagert ist, ist es erforderlich, den von dem Gradientenfeld-Magnetsystem verur sachten Lärm auf ein erträgliches Maß zu begrenzen.A diagnostic magnetic resonance device is used for alignment a strong and homogeneous magnetic field is generated by a basic field magnet system. Typically the field strength of the basic magnetic field is 1 to 1.5 T. On Gradient field magnet system generated along the three spatial axes increasing fields of about 25 mT / m and more for the Spatial resolution. The currents for generating the gradient fields have a strength of some 100 A. These gradient fields are switched quickly, which means that the currents change quickly in the coil. Because of the physical act thing that on a current-carrying conductor in one dimension gnetfeld a force is exerted in the Gradien tenfeld magnetic system enormous forces. Constantly changing the Currents stimulate the gradient field magnet system to vibrate. For a patient to be examined immediately It is stored near the gradient field magnet system required by the gradient field magnet system to limit gentle noise to an acceptable level.
Ein diagnostisches Magnetresonanzgerät der eingangs genannten Art ist in der DE-OS 197 22 193 beschrieben. Neben einem Grundfeld-Magnetsystem und einem Gradientenfeld-Magnetsystem ist dort eine Antennenleiterstruktur an einem als Tragrohr ausgestalteten Tragkörper befestigt. Der Tragkörper ist unab hängig vom Gradientenfeld-Magnetsystem am Grundfeld-Magnet system abgestützt. Dabei wird der für den Tragkörper zur Ver fügung stehende Platz ausgenutzt, um leicht, stabil und mit möglichst wenig Material im Bereich der Antennenleiterstruk tur zu bauen, um damit auch die Güteverluste der Hochfre quenzantenne gering zu halten. Bei einer der dort beschriebe nen Ausführungen weist das Tragrohr durch Kunststoff-Folien getrennte Hohlwabenringschichten aus Kunststoff mit radial verlaufender Wabenlängsachse auf. Die Hohlräume der Waben können zusätzlich mit Dämmaterial gefüllt sein. Mit dem vom Gradientenfeld-Magnetsystem mechanisch völlig entkoppelten Antennen-Tragrohr ergibt sich der Vorteil, daß eine direkte Körperschallübertragung vom Gradientenfeld-Magnetsystem ver mieden ist. Zusätzlich dämmt das Tragrohr wegen seiner inne ren Wabenstruktur den Schall. Bei einigen bestimmten Be triebszuständen tritt trotzdem noch eine merkliche Lärmbela stung für den Patienten auf.A diagnostic magnetic resonance device of the type mentioned Art is described in DE-OS 197 22 193. Besides one Basic field magnet system and a gradient field magnet system there is an antenna conductor structure on a support tube designed supporting body attached. The support body is independent depending on the gradient field magnet system on the basic field magnet system supported. Here, the ver for the support body available space to be light, stable and with as little material as possible in the area of the antenna conductor structure to build in order to reduce the quality to keep the quenzantenne low. At one of those described there The supporting tube is made of plastic foils separate hollow honeycomb ring layers made of plastic with radial running honeycomb longitudinal axis. The cavities of the honeycomb can also be filled with insulation material. With that of Gradient field magnet system completely mechanically decoupled Antenna support tube has the advantage that a direct Structure-borne sound transmission from the gradient field magnet system ver is avoided. In addition, the support tube insulates because of its inner ren honeycomb structure the sound. With some specific Be drive conditions, there is still a noticeable noise level for the patient.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein diagnosti sches Magnetresonanzgerät anzugeben, bei dem der von dem Gra dientenfeld-Magnetsystem erzeugte Lärm weiter reduziert ist.The invention is based on the object, a diagnosti cal magnetic resonance device to specify, in which the from the Gra Noise generated magnetic field system is further reduced.
Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Tragkörper Teil ei ner Schalldämmanordnung ist, welche Schalldämmanordnung mit dem Grundfeld-Magnetsystem verbunden ist und das Grundfeld- Magnetsystem gegenüber einem Patientenraum abkapselt, und daß ein Zwischenraum zwischen dem Tragkörper und dem Gradienten feld-Magnetsystem mit einem schallschluckenden Material aus gefüllt ist. Das erfindungsgemäße diagnostische Magnetreso nanzgerät ist geeignet, den Patienten deutlich weniger mit Lärm zu belasten. Dies bei gleichbleibendem Raumbedarf für den freien Innenraum des Grundfeld-Magnetsystems. Der freie Durchmesser (warm bore) des Grundfeld-Magnetsystems bestimmt zum großen Teil den Preis des Grundfeldmagneten. Die Maßnah men zur weiteren Lärmreduzierung benötigen ausschließlich den Raum, den das Hochfrequenz-Antennensystem für seine ordnungs gemäße Funktion sowieso erfordert. Die Antennenleiterstruktur darf zum einen einen minimalen Abstand zu einem umhüllenden Hochfrequenzschirm nicht unterschreiten. Der Hochfrequenz schirm ist auf dem Tragkörper für das Gradientenfeld-Magnet system angeordnet. Zum anderen muß die Antennenleiterstruktur einen minimalen Abstand zum Patienten einhalten, um zu hohe lokale Feldstärken im Gewebe des zu untersuchenden Patienten zu vermeiden. Die Lärmreduzierung erfolgt durch sich ergän zende Maßnahmen. Zunächst wird das Gradientenfeld-Magnetsy stems durch eine geeignete Konstruktion des Hochfrequenz- Tragkörpers schallmäßig gekapselt. Kapselung bedeutet hier, daß der von der Lärmquelle abgestrahlte Lärm in einem ge schlossenen Volumen eingesperrt wird (Schalldämmung). Die in nerhalb der Kapselung auftreffenden Schallwellen auf das Tragrohr werden reflektiert und können durch das Tragrohr nicht heraustreten. Wegen der verhältnismäßig kleinen Kennim pedanz der Luft eignen sich hier schwere feste Stoffe mit ho her Kennimpedanz zur Schalldämmung. Das Tragrohr muß demnach möglichst schwer sein. Je höher die Masse ist, desto kleiner werden die Schwingungsamplituden der Rohrwand. Ein weiterer wesentlicher Punkt ist die Höhe des Schalldrucks im Zwischen raum zwischen der Schalldämmanordnung und dem Gradientenfeld- Magnetsystem. Je breiter der Luftspalt ausgeführt wird, desto niedriger wird der Schalldruck. Daher muß das Tragrohr mög lichst dünnwandig sein. Weiterhin kann wegen der Abstützung des Tragkörpers im Grundfeld-Magnetsystem kein Körperschall auf den Tragkörper übertragen werden. Die Lärmübertragung ge schieht deswegen ausgehend von den Schwingungen des Gradien tenfeld-Magnetsystems über die Anregung von Luftschwingungen in dem Zwischenraum zwischen dem Gradientenfeld-Magnetsystem und dem Tragkörper. Dabei entscheidend ist die Anregung von Schwingungen in Umfangsrichtung. Um dies zu verhindern, ist der Zwischenraum mit einem Schallschluckmaterial ausgefüllt. Das Schallschluckmaterial hat ein geringes Raumgewicht und einen kleinen dielektrischen Verlustfaktor, um den Einfluß auf die Güte des Hochfrequenz-Antennensystems gering zu hal ten. Das Schallschluckmaterial ist offenporig und weich, um schallschluckend zu wirken und gleichzeitig eine Körperschal lübertragung zu verhindern. The object is achieved in that the support body part egg ner sound insulation arrangement is which sound insulation arrangement with is connected to the basic field magnet system and the basic field Encapsulates magnet system towards a patient room, and that a space between the support body and the gradient field magnet system with a sound-absorbing material is filled. The diagnostic magnetic reso according to the invention The device is suitable for using the patient significantly less Polluting noise. This with the same space requirement for the free interior of the basic field magnet system. The free one Diameter (warm bore) of the basic field magnet system determined for the most part the price of the basic field magnet. The measure Men for further noise reduction only need the Space that the high-frequency antenna system needs for its proper proper function required anyway. The antenna conductor structure on the one hand, a minimal distance to an enveloping one Do not fall below the high-frequency screen. The high frequency screen is on the support body for the gradient field magnet system arranged. Secondly, the antenna conductor structure keep a minimal distance from the patient in order to be too high local field strengths in the tissue of the patient to be examined to avoid. The noise reduction is done by itself measures. First, the gradient field magnet system through a suitable construction of the high-frequency Support body encapsulated sound. Encapsulation here means that the noise emitted by the noise source in a ge closed volume is locked (sound insulation). The in sound waves incident within the encapsulation on the Support tube are reflected and can pass through the support tube don't step out. Because of the relatively small Kennim In addition to the air, heavy, solid materials with ho are suitable forth characteristic impedance for sound insulation. The support tube must accordingly be as heavy as possible. The higher the mass, the smaller become the vibration amplitudes of the pipe wall. Another The key point is the level of sound pressure in the intermediate space between the sound insulation arrangement and the gradient field Magnet system. The wider the air gap, the more the sound pressure becomes lower. Therefore, the support tube must be possible be thin-walled. Furthermore, because of the support of the supporting body in the basic field magnet system no structure-borne noise be transferred to the support body. The noise transmission ge therefore, it starts from the vibrations of the gradient tenfeld magnet system on the excitation of air vibrations in the space between the gradient field magnet system and the supporting body. The suggestion of Vibrations in the circumferential direction. To prevent this from happening the space is filled with sound absorbing material. The sound absorption material has a low density and a small dielectric loss factor to influence low on the quality of the high-frequency antenna system The sound absorption material is open-pored and soft to sound absorbing and at the same time a body scarf to prevent oil transfer.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung besteht der Tragkörper aus einem glasfaserverstärkten Kunststoff. Damit können die Anforderungen an einen ausreichend geringen Verlustfaktor, eine geringe Nachschwingzeit aufgrund einer hohen mechani schen Dämpfung und eine ausreichende Stabilität gut erfüllt werden.In an advantageous embodiment, the support body made of a glass fiber reinforced plastic. So that can Requirements for a sufficiently low loss factor, a short ringing time due to high mechani damping and sufficient stability become.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung umfaßt die Schalldämmanordnung zwei als Formteile einstückig ausgebilde te Abschlußkappen, wobei jeweils eine Abschlußkappe mit einem Ende des Tragkörpers und einer benachbarten Stirnfläche des Grundfeld-Magnetsystems verbunden ist. Damit sind zusätzliche Spalten, wo Lärm aus der Kapselung austreten kann, minimiert.In a further advantageous embodiment, the Soundproofing arrangement two formed as one piece as molded parts te end caps, one end cap each with a End of the support body and an adjacent end face of the Basic field magnet system is connected. That means additional Gaps where noise can escape from the encapsulation are minimized.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung füllt als schallschluckendes Material ein offenporiger und weicher Schaumstoff den Zwischenraum aus.In a further advantageous embodiment, fills as sound-absorbing material is an open-pore and soft Foam the space out.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden an hand von einer Figur erläutert.An embodiment of the invention will follow hand explained by a figure.
Die Figur zeigt in einem Längsschnitt den Aufbau der Kompo nenten eines diagnostischen Magnetresonanzgeräts, die für die Lärmerzeugung und die Lärmreduzierungsmaßnahmen von Bedeutung sind. Die übrigen Baugruppen sind vielerorts woanders be schrieben, sie entsprechen denen eines herkömmlichen diagno stischen Magnetresonanzgeräts.The figure shows the structure of the compo in a longitudinal section of a diagnostic magnetic resonance device, which are for the Noise generation and noise reduction measures are important are. The other modules are elsewhere wrote, they correspond to those of a conventional diagnosis tical magnetic resonance device.
Das hier als Ganzkörperscanner ausgeführte diagnostische Ma gnetresonanzgerät umfaßt als äußerste Komponente ein Grund feld-Magnetsystem 2, das in einem Kryostaten angeordnete su praleitende Magnetspulen umfaßt. Der Kryostat mit den Magnet spulen umschließt einen zylindrischen Innenraum 4, worin die weiteren Komponenten des Magnetresonanzgeräts angeordnet sind. Zunächst ist ein Gradientenfeld-Magnetsystem 6 als hohlzylindrische Baueinheit an der Wand des Innenraums 4 über mehrere Befestigungselemente 8 befestigt. Innerhalb des Gra dientenfeld-Magnetsystems 6 ist ein rohrförmiger Tragkörper 10 angeordnet, der über Stützen 12 an der Innenwand des Grundfeld-Magnetsystems 2 befestigt ist. Dabei setzt sich der rohrförmige Tragkörper 10 im unteren Bereich in Lagerschalen 14 fort, worin eine hier nicht dargestellte Patientenliege geführt werden kann. Im Innenraum des rohrförmigen Tragkör pers 10 befindet sich ein Patientenraum 13, der zur Lagerung eines zu untersuchenden Patienten ausgebildet ist. Das Grund feld-Magnetsystem 2, das Gradientenfeld-Magnetsystem 6 und der Tragkörper 10 sind koaxial miteinander zusammengebaut. Der Tragkörper 10 ist dünnwandig ausgeführt und besteht aus einem Material möglichst hoher Dichte.The diagnostic magnetic resonance device embodied here as a whole-body scanner comprises, as the outermost component, a basic field magnet system 2 , which includes su praleiting magnetic coils arranged in a cryostat. The cryostat with the magnetic coils encloses a cylindrical interior 4 , in which the further components of the magnetic resonance device are arranged. First of all, a gradient field magnet system 6 is fastened as a hollow cylindrical structural unit to the wall of the interior 4 via a plurality of fastening elements 8 . Within the Gra dientfeld magnet system 6 , a tubular support body 10 is arranged, which is attached via supports 12 to the inner wall of the basic field magnet system 2 . The tubular support body 10 continues in the lower region in bearing shells 14 , in which a patient couch (not shown here) can be guided. In the interior of the tubular Tragkör pers 10 is a patient room 13 , which is designed to support a patient to be examined. The basic field magnet system 2 , the gradient field magnet system 6 and the supporting body 10 are assembled coaxially with one another. The support body 10 is thin-walled and consists of a material with the highest possible density.
Der Tragkörper 10 ist aus glasfaserverstärktem Kunststoff hergestellt. Die Glasfasern sind als Filament-Wicklungen über Kreuz mit einem relativ flachen Winkel von kleiner als 60° gegenüber der Längsachse des Tragkörpers 10 gewickelt. Die Wandstärke des Tragkörpers 10 ist abhängig vom Abstand der Stützen 12, sie liegt im Bereich von 1 cm.The support body 10 is made of glass fiber reinforced plastic. The glass fibers are wound as filament windings crosswise at a relatively shallow angle of less than 60 ° with respect to the longitudinal axis of the support body 10 . The wall thickness of the support body 10 depends on the distance between the supports 12 , it is in the range of 1 cm.
Auf der Außenseite des Tragkörpers 10 sind flache Antennen leiterstrukturen 15 angeordnet, die großflächig fest mit dem Tragrohr 10 verbunden sind. Zusätzlich besitzen die Antennen leiterstrukturen 15 keine großflächigen Teilleiter, in denen starke Wirbelströme induziert werden könnten. Damit wird ver hindert, daß die Antennenleiterstruktur 15 und damit auch der Tragkörper 10 aufgrund von Lorentz-Kräften zur Lärmquelle wird.On the outside of the support body 10 flat antenna conductor structures 15 are arranged, which are firmly connected over a large area to the support tube 10 . In addition, the antenna conductor structures 15 have no large partial conductors in which strong eddy currents could be induced. This prevents ver that the antenna conductor structure 15 and thus also the support body 10 becomes a source of noise due to Lorentz forces.
Zwischen der äußeren Oberfläche des Tragkörpers 10 und der inneren Oberfläche des Gradientenfeld-Magnetsystems 6 ist ein freier Zwischenraum 16 in der Größenordnung von 3-4 cm in radialer Richtung gegeben.Between the outer surface of the support body 10 and the inner surface of the gradient field magnet system 6 there is a free space 16 of the order of 3-4 cm in the radial direction.
Als Randbedingung für die konstruktive Ausgestaltung des Tragkörpers 10 und des Zwischenraums 16 ist zu beachten, daß sich Eigenschwingungsformen des Tragkörpers 10 mit denen des Gradientenfeld-Magnetsystems 6 und dem des Zwischenraums 16 frequenzmäßig nicht überschneiden. Gleiche Eigenfrequenzen würde die angestrebte Lärmreduzierung bei den gegebenen ge ringen Abständen von wenigen Zentimetern nicht möglich ma chen.As a boundary condition for the structural design of the support body 10 and the intermediate space 16 , it should be noted that natural modes of the support body 10 do not overlap in frequency with those of the gradient field magnet system 6 and that of the intermediate space 16 . The desired noise reduction would not make the same natural frequencies possible given the small distances of a few centimeters.
Der Zwischenraum 16 ist mit einem schallschluckenden Material 18 ausgefüllt. Dazu eignet sich besonders PU-Schaum, dem aus Brandschutzgründen noch Melaminharz beigefügt ist. Der Schaum ist offenporig und elastisch weich, damit sich die Füllung im Zwischenraum 16 an die Oberflächen anschmiegen kann und somit keine größeren Lufträume nach der Montage bestehen bleiben.The space 16 is filled with a sound-absorbing material 18 . PU foam is particularly suitable for this purpose, and for reasons of fire protection, melamine resin is also added. The foam is open-pore and elastically soft, so that the filling in the space 16 can nestle against the surfaces and thus no larger air spaces remain after assembly.
An beiden Stirnseiten des Tragkörpers 10 und des Grundfeld- Magnetsystems 2 sind einstückige Kunststoff-Formteile 22 be festigt, die das Gradientenfeld-Magnetsystem 6 zusammen mit dem Tragkörper 10 vollständig schallmäßig kapseln. Auch die Kunstoff-Formteile 22 sind so ausgeführt, daß sie im Ver gleich zu Luft eine hohe Kennimpedanz besitzen.On both end faces of the support body 10 and the basic field magnet system 2 , one-piece plastic molded parts 22 are fastened, which encapsulate the gradient field magnet system 6 together with the support body 10 completely in terms of sound. The plastic molded parts 22 are designed so that they have a high characteristic impedance compared to air.
Da das Tragrohr 10 zusammen mit den Antennenleiterstrukturen 15 und dem schallschluckenden Material 18 als Baueinheit in das Gradientenfeld-Magnetsystem 6 eingebracht wird, ist das schallschluckende Material 18 von einer luftdichten Folie um geben. Die Folie bildet ein Vakuumkissen, das vor dem Zusam menbau evakuiert wird und somit den äußeren Durchmesser der Baueinheit verringert. Nach der Montage wird die Folie geöff net. Einströmende Luft sorgt dafür, daß sich das schall schluckende Material 18 ausdehnt und überall gut im Zwischen raum 16 an den Oberflächen anliegt.Since the support tube 10 together with the antenna conductor structures 15 and the sound-absorbing material 18 is introduced as a structural unit into the gradient field magnet system 6 , the sound-absorbing material 18 is surrounded by an airtight film. The film forms a vacuum cushion, which is evacuated before assembly and thus reduces the outer diameter of the assembly. After assembly, the film is opened. Incoming air ensures that the sound-absorbing material 18 expands and fits well everywhere in the space 16 on the surfaces.
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