DE19851596A1 - Lötloses, Fingerabdruck-RF-Schild - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft die Entwicklung und Her­ stellung von Spulenanordnungen für eine Magnetresonanzabbil­ dung.

Bei der Entwicklung von Spulen, wie Ganzkörper-Hochfrequenz- (RF-)Spulen zur Erzeugung von Magnetresonanzbildern (MR-Bil­ dern) eines Subjekts ist es äußerst erwünscht, die außer­ halb eines in Frage kommenden Bereichs erzeugten Streu-RF-Fel­ der zu verringern. Diese Streu-RF-Bilder erzeugen Magnet­ felder, die eine Interferenz in anderen elektrischen Einrich­ tungen verursachen, Wirbelströme in nahen leitenden Materia­ lien induzieren und die erfaßten Daten beeinflussen können.

Ein Weg zur Verringerung dieser Felder ist die Verwendung ei­ ner Abschirmung, wie eines passiven RF-Schildes. Bei der MR-Abbil­ dung weist eine RF-Sendespule typischerweise eine zylin­ drische Form auf, die einen Abschnitt des abzubildenden Sub­ jekts umfaßt, wobei die Z-Achse durch die Länge der Spule hindurchläuft. Aus Klarheitsgründen wird die mathematische Definition "Zylinder" in der Beschreibung verwendet. Dabei ist ein Zylinder derart definiert, daß er eine Oberfläche ist, die durch eine parallel zu einer festen Mittellinie ro­ tierende und eine feste ebene geschlossene Kurve beschreiben­ de Linie gezeichnet wird. Daraus kann sich ein Zylinder mit einem kreisförmigen, elliptischen, eiförmigen oder ovalen Querschnitt ergeben. Die X- und Y-Achsen sind orthogonale Ra­ dien des Zylinders. Typischerweise ist das RF-Schild derart entwickelt, daß mehrere Spulen, die jeweils einem Fingerab­ druck gleichen, und als "Fingerabdruck-Spulen" bekannt sind, auf der Außenoberfläche eines zylindrischen Körpers angeord­ net sind, und mehrere an der Innenoberfläche des zylindri­ schen Körpers angeordnet sind. Ein Satz weist Fingerabdruck­ spulenmittelpunkte auf, die senkrecht zu einer X-Achse durch den Zylinder sind, während die anderen senkrecht zur Y-Achse sind. Der durch diese Spulen erzeugte magnetische Fluß hebt Komponenten der entlang der jeweiligen Achsen orientierten Streufelder heraus.

Herkömmliche Entwicklungen werden durch die Anordnung der Spulen auf einer ebenen Fläche und durch Aufrollen aufgebaut, so daß die Enden verbunden sind. Aufgrund der Natur und Geo­ metrie der bei der Abschirmung verwendeten Spulenanordnung ist die Hälfte jeder Wicklung einer Fingerabdruckspule, eine "halbe Windung", nahe jedem Ende der ebenen Fläche angeord­ net. Dabei ist es erforderlich, daß jede halbe Windung mit ihrer anderen entsprechenden halben Windung elektrisch ver­ bunden ist, um zu funktionieren. Dies erfordert eine Lötung und ist sehr zeitaufwendig. Die Verbindungspunkte der halben Windung sind typischerweise nicht so stark wie andere Punkte, und die Spulen können an diesen Orten infolge von an der Spu­ le stattfindenden Beanspruchungen brechen und ihren Zweck verfehlen.

Gegenwärtig besteht das Bedürfnis nach dem Aufbau von Spulen­ anordnungen, der weniger zeitaufwendig und einfacher ist, und woraus sich eine Spulenanordnung mit erhöhter Lebensdauer und Zuverlässigkeit ergibt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Spulen­ anordnung auszugestalten, die elastischer ist.

Ferner soll eine Spulenanordnung ausgebildet werden, die eine erhöhte Zuverlässigkeit aufweist.

Des weiteren sollte ein vereinfachtes Verfahren zum Aufbau der Spulenanordnung ausgebildet werden.

Außerdem sollte eine Spulenanordnung ausgestaltet werden, die leichter herzustellen ist.

Erfindungsgemäß wird ein vereinfachtes, elastischeres RF-Schild durch Anwendung vollständiger Fingerabdruckspulen auf einem im wesentlichen ebenen Träger aufgebaut, wobei die Mit­ telpunkte der Fingerabdruckspulen derart beabstandet sind, daß ihre Mittelpunkte sich an vorbestimmten Orten befinden, wenn der Träger in eine zylindrische Form gerollt wird. Dar­ aus ergibt sich ein vorbestimmtes Trägerüberlappungsausmaß. Dies ermöglicht die Verwendung einer ganzzahligen Anzahl vollständiger Fingerabdruckspulen, und es ist kein Löten hal­ ber Windungen von Spulen erforderlich, wie es bei den her­ kömmlichen Verfahren üblich war.

Die Mittelpunkte der Fingerabdruckspulen sind derart angeord­ net, daß sie mit einer zu verringernden oder zu beseitigenden Komponente eines Magnetfelds übereinstimmen. In den Fingerab­ druckspulen induzierte Ströme verursachen das Erzeugen von Magnetfeldern, die einen im wesentlichen durch den Mittel­ punkt jeder Fingerabdruckspule fließenden Fluß aufweisen. Dieser magnetische Fluß interagiert dann mit Komponenten ei­ nes vorhandenen Magnetfelds, wodurch der Fluß reduziert oder beseitigt wird, was als Schild dient.

Die Erfindung wird nachstehend anhand bevorzugter Ausfüh­ rungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine Darstellung mehrerer Fingerabdruckspulen, die ge­ mäß herkömmlichen Verfahren auf der Innen- und Außenoberflä­ che eines in zylindrische Form aufzurollenden Trägers ange­ ordnet sind.

Fig. 2 eine Darstellung der in Fig. 1 gezeigten Spulen und des Trägers nach dem Aufrollen in zylindrische Form.

Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel der an einem Träger befestig­ ten Spulen.

Fig. 4 eine Darstellung der in Fig. 4 gezeigten Spulen und des Trägers, nachdem er in eine zylindrische Form gerollt wurde.

Fig. 1 zeigt eine Stand-der-Technik-Darstellung mehrerer Fin­ gerabdruckspulen, die sowohl auf der Innen- als auch der Au­ ßen(ober)fläche eines zylindrischen Trägers angeordnet sind. Fingerabdruckspulen 13 und 15 sind auf einem Träger 11 mit einer Länge C angeordnet, die im wesentlichen dem Umfang ent­ spricht, wenn der Träger 11 in zylindrische Form gerollt ist. Die Fingerabdruckspulen 13 und 15 weisen jeweils Mittelpunkte 33 und 35 auf. Magnetfelder induzieren jeweils Ströme in den Spulen 13 und 15, wobei die Ströme in den Spulen einen magne­ tischen Fluß erzeugen, der im wesentlichen jeweils durch die Mittelpunkte der Spulen 33 und 35 hindurchfließt.

Die Spulen 13 und 15 umfassen den Außensatz der Fingerab­ druckspulen, die auf der Außenoberfläche des Trägers 11 anzu­ ordnen sind. Spulen 17 und Halbspulen 19 und 21 werden an der Außenoberfläche des Trägers 11 derart angeordnet, daß beim Aufrollen sich die Kanten 25 und 31 treffen. Jede halbe Win­ dung der Halbspule 19 ist mit der entsprechenden halben Win­ dung der Spule 21 elektrisch verbunden, so daß eine vollstän­ dige Fingerabdruckspule aus den Halbspulen 19 und 21 erzeugt wird. Die elektrische Verbindung wird üblicherweise durch Zu­ sammenlöten der halben Windungen durchgeführt, was sehr müh­ sam und zeitaufwendig sein kann. Daraus ergeben sich zwei vollständige Fingerabdruckspulen mit Mittelpunkten 37 und 31, die auf der Außenseite des Trägers 11 angeordnet sind.

Fig. 2 zeigt den Träger 11, der zu einem Zylinder gerollt ist, so daß die Kanten 23 und 25 verbunden sind. Auf der Au­ ßenoberfläche befindet sich der Spulensatz 10, und an der In­ nenoberfläche der Spulensatz 20. Die Mittelpunkte 33 und 35 befinden sich auf entgegengesetzten Seiten des Zylinders, der beim Rollen des Trägers 11 in zylindrische Form gebildet wird. Zur Verringerung von Komponenten der RF-Felder in der X- und Y-Richtung werden die Mittelpunkte 33 und 35 derart angeordnet, daß sie die X-Achse im wesentlichen schneiden, wobei die Mittelpunkte 31 und 37 derart angeordnet werden, daß sie im wesentlichen die Y-Achse schneiden. Die Z-Achse tritt aus der Papierebene wie in Fig. 2 gezeigt heraus. Da­ durch wird die Verringerung oder Beseitigung von in der X-Achse orientierten magnetischen Flußkomponenten durch den Spulensatz 10 und von solchen mit Komponenten entlang der Y-Achse durch den Spulensatz 20 bewirkt.

Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, das bei RF-Abschirmspulen angewendet wird. Vollständige Fingerab­ druckspulen 51 und 53 mit Mittelpunkten 61 und 63 sind auf einem Träger 57 mit einer Länge angeordnet, die länger als der Umfang C des Zylinders ist, der beim Rollen des Trägers 57 gebildet wird.

Gleichermaßen sind Fingerabdruckspulen 71 und 73 jeweils mit Mittelpunkten 81 und 83 auf der Außenoberfläche des Trägers 57 angeordnet. Dabei gibt es einen Abschnitt 59 und 79 auf jeder Seite des Trägers 57, in dem keine Fingerabdruckspulen vorhanden sind. Ferner sind die Spulen 51 und 53 ungefähr die Hälfte des Umfangs 1/2C voneinander entfernt. Dadurch wird er­ möglicht, daß der Fluß durch jede Spule und auch durch den Mittelpunkt des gebildeten Zylinders fließt. Dies gilt auch für die Fingerabdruckspulen 71 und 73.

Fig. 4 zeigt den derart aufgerollten Träger 57, daß eine Kan­ te 89 einen Punkt 67 trifft und ein Abschnitt 59 zwischen den Punkten 67 und 69 einen anderen Abschnitt des Zylinders über­ lappt. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die Mittelpunkt 81 und 83 näherungsweise einander entgegengesetzt und senkrecht zur X-Achse. Die Spulenmittelpunkte 61 und 63 sind zueinander näherungsweise entgegengesetzt und senkrecht zur Y-Achse.

Es kann eine ganzzahlige Anzahl von Fingerabdruckspulenpaaren verwendet werden, vorausgesetzt, daß sie einander über den gebildeten Zylinder gegenüberliegen und relativ zu den zu be­ seitigenden oder zu verringernden Komponenten des Magnetfel­ des orientiert sind.

Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel werden drei Paare von Fingerabdruckspulen verwendet, so daß die Länge der drei Spulen im wesentlichen 1/3C ist. Sie sind um 1/6C zwischen dem vorderen und hinteren Spulensatz versetzt. Jedes Spulen­ paar steht im wesentlichen senkrecht zu den gestrichelten Li­ nien 101, 103, 105 in Fig. 4, um die entlang dieser gestri­ chelten Linien orientierten Magnetfeldkomponenten zu verrin­ gern oder zu beseitigen.

Erfindungsgemäß werden mehrere vollständige Fingerabdruckspu­ len an einem Träger angebracht. Der Träger wird dann in zy­ lindrische Form gerollt, so daß ein die Mittelpunkte jedes Spulenpaars verbindender Strahl mit einer zu minimierenden oder zu beseitigenden Komponente eines Magnetfeldes ausge­ richtet ist. Zum Erreichen dieser Ausrichtung muß der Träger eine Länge aufweisen, die größer als der Umfang des gebilde­ ten Zylinders ist, wodurch eine vorbestimmte Überlappung be­ wirkt wird. Da die Spulen vollständig sind, besteht kein Er­ fordernis zum Löten von halben Windungen der Spulen zur Aus­ bildung einer vollständigen Spule, wie es bei herkömmlichen Spulen der Fall war. Da keine Lötpunkte mehr vorhanden sind, die typischerweise schwächer als der Rest der Spule sind, ist die Spulenanordnung elastischer und weniger bruchanfällig, wodurch sie zuverlässiger wird.

Claims (4)

1. Verfahren zum Aufbau einer im wesentlichen zylindri­ schen Spule mit einem Umfang (C), mit den Schritten

• a) Erzeugen eines Trägers (57) mit einer Länge (L) grö­ ßer als (C),
• b) Anbringen einer Vielzahl von Mehrfachwindungs- Fingerabdruck-Spulen (51, 53), die jeweils einen Mittelpunkt (61, 63) aufweisen, an einer ersten Oberfläche des Trägers an vorbestimmten Orten relativ zueinander und zu dem Umfang (C), so daß die Mittelpunkte der Spulen im wesentlichen senkrecht zu einem vorbestimmten ersten Satz von Achsen durch die zy­ lindrische Spulenanordnung sind, wenn der Träger aufgerollt ist, und
• c) Rollen des Trägers und der Spulen in zylindrische Form zum Erhalten einer Spulenanordnung, bei der die Mittel­ punkte der Spulen im wesentlichen senkrecht zu dem vorbe­ stimmten ersten Satz der Achsen sind.

2. Verfahren zum Aufbau einer Spule nach Anspruch 1, mit dem weiteren Schritt vor dem Aufrollschritt Anbringen einer Vielzahl von Mehrfach-Windungs-Finger­ abdruckspulen (71, 73), die jeweils einen Mittelpunkt (81, 83) aufweisen, an einer zweiten Oberfläche des Trägers an vorbestimmten Orten relativ zueinander und zu dem Umfang (C), so daß die Mittelpunkte der Spulen im wesentlichen senk­ recht zu einem vorbestimmten zweiten Satz von Achse durch die zylindrische Spulenanordnung sind, wenn der Träger aufgerollt ist.

3. Spulenanordnung, die im wesentlichen zylindrisch ist und einen Umfang (C) aufweist, mit

• a) einem aufgerollten Träger (57) mit einer Länge (L) größer als der Umfang (C), so daß der Träger (57) sich selbst überlappt,
• b) einer ganzzahligen Anzahl von Fingerabdruckspulen (51, 53), die jeweils einen Mittelpunkt (61, 63) aufweisen und an einer ersten Oberfläche des Trägers (57) derart ange­ ordnet sind, daß im aufgerollten Zustand die Mittelpunkte (61, 63) der Spulen (51, 53) im wesentlichen senkrecht zu ei­ nem vorbestimmten ersten Satz von Achsen sind.

4. Spulenanordnung nach Anspruch 3, ferner mit einer ganzzahligen Anzahl von Fingerabdruckspulen (71, 73), die je­ weils einen Mittelpunkt (81, 83) aufweisen und an einer zwei­ ten Oberfläche des Trägers (57) derart angeordnet sind, daß im aufgerollten Zustand die Mittelpunkte (81, 83) der Spulen (71, 73) im wesentlichen senkrecht zu einem vorbestimmten zweiten Satz von Achsen sind.