DE19851596B4

DE19851596B4 - Spulenanordnung und Verfahren zum Aufbau einer Spulenanordnung

Info

Publication number: DE19851596B4
Application number: DE19851596A
Authority: DE
Inventors: Sayed-Amr El-Hamamsy; Perry Scott Waukesha Frederick; Roman Ihor Pewaukee Dachniwskyj
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1997-12-09
Filing date: 1998-11-09
Publication date: 2010-10-14
Anticipated expiration: 2018-11-10
Also published as: JP4070332B2; IL127268A0; JPH11260623A; US5861838A; DE19851596A1

Abstract

Spulenanordnung,
– die zylindrisch ist und einen Umfang (C) aufweist, mit
– einem aufgerollten Träger (57) mit einer Länge (L) größer als der Umfang (C), so dass der Träger (57) sich selbst überlappt, mit
– drei Paaren von Fingerabdruckspulen, wobei
– die Länge jeder Spule 1/3C ist, wobei
– drei der Fingerabdruckspulen, die jeweils einen Mittelpunkt aufweisen, auf einer Außenoberfläche des Trägers (57) angeordnet sind, und
– drei der Fingerabdruckspulen, die jeweils einen Mittelpunkt aufweisen, auf einer Innenoberfläche des Trägers (57) angeordnet sind, wobei
– die Mittelpunkte der drei Fingerabdruckspulen auf der Außenoberfläche des Trägers (57) um 1/6C gegenüber den Mittelpunkten der drei Fingerabdruckspulen auf der Innenoberfläche des Trägers (57) versetzt sind, wobei die Außenoberfläche und die Innenoberfläche des Trägers einen Abschnitt aufweisen, in dem keine Fingerabdruckspulen vorhanden sind, wobei
– im aufgerollten Zustand die Mittelpunkte jedes Fingerabdruckspulenpaars durch je eine Achse...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Spulenanordnung für eine Magnetresonanzabbildung sowie ihre Entwicklung und Herstellung.
Bei der Entwicklung von Spulen, wie Ganzkörper-Hochfrequenz-(RF-)Spulen zur Erzeugung von Magnetresonanzbildern (MR-Bildern) eines Subjekts ist es äußerst erwünscht, die außerhalb eines in Frage kommenden Bereichs erzeugten Streu-RF-Felder zu verringern. Diese Streu-RF-Bilder erzeugen Magnetfelder, die eine Interferenz in anderen elektrischen Einrichtungen verursachen, Wirbelströme in nahen leitenden Materialien induzieren und die erfassten Daten beeinflussen können.
Ein Weg zur Verringerung dieser Felder ist die Verwendung einer Abschirmung, wie eines passiven RF-Schildes. Bei der MR-Abbildung weist eine RF-Sendespule typischerweise eine zylindrische Form auf, die einen Abschnitt des abzubildenden Subjekts 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 rotierende und eine feste ebene geschlossene Kurve beschreibende Linie gezeichnet wird. Daraus kann sich ein Zylinder mit einem kreisförmigen, elliptischen, eiförmigen oder ovalen Querschnitt ergeben. Die X- und Y-Achsen sind orthogonale Radien des Zylinders. Typischerweise ist das RF-Schild derart entwickelt, dass mehrere Spulen, die jeweils einem Fingerabdruck gleichen, und als ”Fingerabdruck-Spulen” bekannt sind, auf der Außenoberfläche eines zylindrischen Körpers angeordnet sind, und mehrere an der Innenoberfläche des zylindrischen Körpers angeordnet sind. Ein Satz weist Fingerabdruckspulenmittelpunkte 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 Geometrie der bei der Abschirmung verwendeten Spulenanordnung ist die Hälfte jeder Wicklung einer Fingerabdruckspule, eine ”halbe Windung”, nahe jedem Ende der ebenen Fläche angeordnet. Dabei ist es erforderlich, dass jede halbe Windung mit ihrer anderen entsprechenden halben Windung elektrisch verbunden 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 Spule stattfindenden Beanspruchungen brechen und ihren Zweck verfehlen.
Gegenwärtig besteht das Bedürfnis nach dem Aufbau von Spulenanordnungen, der weniger zeitaufwendig und einfacher ist, und woraus sich eine Spulenanordnung mit erhöhter Lebensdauer und Zuverlässigkeit ergibt.
Die US 5 680 046 A beschreibt ein MR-System mit einer RF-Spule, einem Satz von Gradientenspulen und einem um die RF-Spule angeordneten Schild, der eine dielektrische Folie, eine erste leitfähige Folie und eine zweite leitfähige Folie enthält, wobei in jeder Leiterschleife Kurzschlüsse zum Abblocken von darin induzierten Wirbelströmen erzeugt werden.
Die US 4 910 462 beschreibt eine geätzte Spule mit einer Vielzahl leitfähiger Streifen, einer leitfähigen Einrichtung, die es ermöglicht, dass Strom in einen der Streifen fließt, und einer ersten und einer zweiten Einrichtung zum Verbinden der Streifen, dass dann, wenn die Streifen zylindrisch sind und aneinander angrenzen, eine der Verbindungseinrichtungen aufgrund des Fließens desselben Stroms in einer entsprechenden Verbindungseinrichtung im Wesentlichen 'gelöscht' wird. Des Weiteren ist die Verbindungseinrichtung als Löt- oder Schweißstelle beschrieben.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Spulenanordnung auszugestalten, die eine erhöhte Zuverlässigkeit aufweist. Diese Aufgabe wird durch eine Spulenanordnung gemäß Patentanspruch 1 und ein Verfahren zum Aufbau einer Spulenanordnung gemäß Patentanspruch 2 gelöst.
Erfindungsgemäß wird ein vereinfachtes, elastischeres RF-Schild durch Anwendung vollständiger Fingerabdruckspulen auf einem im Wesentlichen ebenen Träger aufgebaut, wobei die Mittelpunkte der Fingerabdruckspulen derart beabstandet sind, dass ihre Mittelpunkte sich an vorbestimmten Orten befinden, wenn der Träger in eine zylindrische Form gerollt wird. Daraus ergibt sich ein vorbestimmtes Trägerüberlappungsausmaß. Dies ermöglicht die Verwendung einer ganzzahligen Anzahl vollständiger Fingerabdruckspulen, und es ist kein Löten halber Windungen von Spulen erforderlich, wie es bei den herkömmlichen Verfahren üblich war.
Die Mittelpunkte der Fingerabdruckspulen sind derart angeordnet, dass sie mit einer zu verringernden oder zu beseitigenden Komponente eines Magnetfelds übereinstimmen. In den Fingerabdruckspulen induzierte Ströme verursachen das Erzeugen von Magnetfeldern, die einen im Wesentlichen durch den Mittelpunkt jeder Fingerabdruckspule fließenden Fluss aufweisen. Dieser magnetische Fluss interagiert dann mit Komponenten eines vorhandenen Magnetfelds, wodurch der Fluss reduziert oder beseitigt wird, was als Schild dient.
Die Erfindung wird nachstehend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:
1 eine Darstellung mehrerer Fingerabdruckspulen, die gemäß herkömmlichen Verfahren auf der Innen- und Außenoberfläche eines in zylindrische Form aufzurollenden Trägers angeordnet sind.
2 eine Darstellung der in 1 gezeigten Spulen und des Trägers nach dem Aufrollen in zylindrische Form.
3 ein Ausführungsbeispiel der an einem Träger befestigten Spulen.
4 eine Darstellung der in 4 gezeigten Spulen und des Trägers, nachdem er in eine zylindrische Form gerollt wurde.
1 zeigt eine Stand-der-Technik-Darstellung mehrerer Fingerabdruckspulen, die sowohl auf der Innen- als auch der Außen(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 entspricht, 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 magnetischen Fluß erzeugen, der im Wesentlichen jeweils durch die Mittelpunkte der Spulen 33 und 35 hindurchfließt.
Die Spulen 13 und 15 umfassen den Außensatz der Fingerabdruckspulen, die auf der Außenoberfläche des Trägers 11 anzuordnen 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 Windung der Halbspule 19 ist mit der entsprechenden halben Windung der Spule 21 elektrisch verbunden, so daß eine vollständige Fingerabdruckspule aus den Halbspulen 19 und 21 erzeugt wird. Die elektrische Verbindung wird üblicherweise durch Zusammenlöten der halben Windungen durchgeführt, was sehr mühsam und zeitaufwendig sein kann. Daraus ergeben sich zwei vollständige Fingerabdruckspulen mit Mittelpunkten 37 und 31, die auf der Außenseite des Trägers 11 angeordnet sind.
2 zeigt den Träger 11, der zu einem Zylinder gerollt ist, so daß die Kanten 23 und 25 verbunden sind. Auf der Außenoberfläche befindet sich der Spulensatz 10, und an der Innenoberfläche 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 2 gezeigt heraus. Dadurch 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.
3 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, das bei RF-Abschirmspulen angewendet wird. Vollständige Fingerabdruckspulen 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 ½C voneinander entfernt. Dadurch wird ermöglicht, daß der Fluß durch jede Spule und auch durch den Mittelpunkt des gebildeten Zylinders fließt. Dies gilt auch für die Fingerabdruckspulen 71 und 73.
4 zeigt den derart aufgerollten Träger 57, daß eine Kante 89 einen Punkt 67 trifft und ein Abschnitt 59 zwischen den Punkten 67 und 69 einen anderen Abschnitt des Zylinders überlappt. 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 beseitigenden oder zu verringernden Komponenten des Magnetfeldes 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 Spulenpaar steht im Wesentlichen senkrecht zu den gestrichelten Linien 101, 103, 105 in 4, um die entlang dieser gestrichelten Linien orientierten Magnetfeldkomponenten zu verringern oder zu beseitigen.
Erfindungsgemäß werden mehrere vollständige Fingerabdruckspulen an einem Träger angebracht. Der Träger wird dann in zylindrische Form gerollt, so daß ein die Mittelpunkte jedes Spulenpaars verbindender Strahl mit einer zu minimierenden oder zu beseitigenden Komponente eines Magnetfeldes ausgerichtet ist. Zum Erreichen dieser Ausrichtung muß der Träger eine Länge aufweisen, die größer als der Umfang des gebildeten Zylinders ist, wodurch eine vorbestimmte Überlappung bewirkt wird. Da die Spulen vollständig sind, besteht kein Erfordernis zum Löten von halben Windungen der Spulen zur Ausbildung 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

Spulenanordnung, – die zylindrisch ist und einen Umfang (C) aufweist, mit – einem aufgerollten Träger (57) mit einer Länge (L) größer als der Umfang (C), so dass der Träger (57) sich selbst überlappt, mit – drei Paaren von Fingerabdruckspulen, wobei – die Länge jeder Spule 1/3C ist, wobei – drei der Fingerabdruckspulen, die jeweils einen Mittelpunkt aufweisen, auf einer Außenoberfläche des Trägers (57) angeordnet sind, und – drei der Fingerabdruckspulen, die jeweils einen Mittelpunkt aufweisen, auf einer Innenoberfläche des Trägers (57) angeordnet sind, wobei – die Mittelpunkte der drei Fingerabdruckspulen auf der Außenoberfläche des Trägers (57) um 1/6C gegenüber den Mittelpunkten der drei Fingerabdruckspulen auf der Innenoberfläche des Trägers (57) versetzt sind, wobei die Außenoberfläche und die Innenoberfläche des Trägers einen Abschnitt aufweisen, in dem keine Fingerabdruckspulen vorhanden sind, wobei – im aufgerollten Zustand die Mittelpunkte jedes Fingerabdruckspulenpaars durch je eine Achse (101, 103, 105) verbunden sind.
Verfahren zum Aufbau einer Spulenanordnung, die zylindrisch ist und einen Umfang (C) aufweist, mit den Schritten – Erzeugen eines Trägers (57) mit einer Länge (L) größer als der Umfang (C), so dass der Träger (57) sich im aufgerollten Zustand selbst überlappt, – Anbringen von drei Paaren von Fingerabdruckspulen auf dem Träger, wobei – die Länge jeder Spule 1/3C ist, wobei – drei der Fingerabdruckspulen, die jeweils einen Mittelpunkt aufweisen, auf einer Außenoberfläche des Trägers (57) angeordnet werden, und – drei der Fingerabdruckspulen, die jeweils einen Mittelpunkt aufweisen, auf einer Innenoberfläche des Trägers (57) angeordnet werden, wobei die Fingerabdruckspulen derart angeordnet werden, dass – die Mittelpunkte der drei Fingerabdruckspulen auf der Außenoberfläche des Trägers (57) um 1/6C gegenüber den Mittelpunkten der drei Fingerabdruckspulen auf der Innenoberfläche des Trägers (57) versetzt sind, und die Außenoberfläche und die Innenoberfläche des Trägers einen Abschnitt aufweisen, in dem keine Fingerabdruckspulen vorhanden sind, und – Rollen des Trägers mit den aufgebrachten Fingerabdruckspulen derart, dass im aufgerollten Zustand die Mittelpunkte jedes Fingerabdruckspulenpaars durch je eine Achse (101, 103, 105) verbunden sind.