DE4425997C1 - Teilbares, bewegliches Gradientensystem für NMR-Tomographen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Gradientensystem für einen Kern­ spinresonanz (NMR)-Tomographen mit einem Hauptmagnetsystem, das in einem Untersuchungsvolumen ein entlang einer z-Achse gerichtetes homogenes Magnetfeld erzeugt, wobei das Haupt­ magnetsystem einen Zugang zum Untersuchungsvolumen entlang der z-Achse und transversal zur z-Achse gestattet, und wobei das Gradientensystem zwei erste Teilgradientensysteme auf­ weist, die sich aufentgegengesetzten Seiten bezüglich einer zur z-Achse senkrechten Mittelebene durch das Untersuchungs­ volumen befinden.

Ein solches Gradientensystem ist bekannt aus der DE 42 30 145 A1.

NMR-Tomographen für bildgebende Untersuchungsverfahren ent­ halten als wesentlichen Bestandteil neben dem Hauptfeldma­ gneten ein Gradientenspulensystem, das in der Regel aus drei Gradientenspulen besteht, die unabhängig voneinander mit Strömen unterschiedlicher Stärke gespeist werden können. Da­ mit sollen dem homogenen Magnetfeld B_z im Untersuchungsvolu­ men der Anordnung, das parallel zur z-Achse ausgerichtet ist, möglichst lineare, konstante magnetische Feldgradienten mit einstellbarer Stärke überlagert werden, wobei die Rich­ tung eines dieser Gradienten (dB_z/d_z) in der Regel parallel zur Richtung des homogenen Grundfeldes Bz und die Richtungen der beiden anderen Gradienten (dB_z/dx, dB_z/dy) zu dem z-Gra­ dienten und zueinander orthogonal transversal zur Richtung des Grundfeldes B_z verlaufen. Der räumliche Bereich, in dem das magnetische Gradientenfeld dieser Gradientenspulen nähe­ rungsweise linear verläuft, kann für ortsauflösende NMR-Ver­ fahren (Bildgebung, ortsselektive Spektroskopie) genutzt werden, sofern dieser Bereich nicht durch Inhomogenitäten des Grundfeldes weiter eingeschränkt wird.

Während Tomographiesysteme in der Vergangenheit praktisch ausschließlich zur Diagnose benutzt wurden, besteht in Zu­ kunft ein immer größerer Bedarfan kombinierten Systemen, bei denen Therapiemaßnahmen mit Tomographiegeräten unmittel­ bar verfolgt und kontrolliert werden können. Zahlreiche The­ rapiemaßnahmen, wie z. B. chirurgische, insbesondere mikro­ chirurgische sowie minimal-invasive Eingriffe oder Bestrah­ lungen erfordern dabei einen möglichst freien Zugang zum Pa­ tienten. Dieser wird jedoch bei herkömmlichen NMR-Systemen vor allem in transversaler Richtung u. a. vom Gradientenspu­ lensystem verhindert.

Ein Lösungsansatz für Teilkörpertomographiesysteme ist bei­ spielsweise in der DE 41 42 263 A1 beschrieben, wo ein Gra­ dientenspulensystem mit bezüglich der z-Ausdehnung des Tomo­ graphen asymmetrisch angeordnetem Untersuchungsvolumen vor­ gestellt wird, das sich insbesondere zur Erzeugung von NMR- Tomogrammen im Kopfbereich eines Patienten eignet. Da das Untersuchungsvolumen bei dieser bekannten Anordnung durch einen entsprechend unsymmetrischen Aufbau der Gradientenspu­ len an ein axiales Ende der Anordnung verlegt wird, ragt der Kopf des zu untersuchenden Patienten nur so weit in den To­ mographen, wie unbedingt notwendig ist. Dadurch kann einer Klaustrophobie des Patienten entgegengewirkt werden. Nach­ teilig ist jedoch der komplizierte unsymmetrische Aufbau der Anordnung sowie die fehlende transversale Zugriffsmöglich­ keit.

Auch das aus der WO 91/17454 bekannte Gradientenspulen­ system, bei dem die Gradientenspulen insgesamt innerhalb ei­ nes C-Magneten verschiebbar sind, ermöglicht keinen trans­ versalen Zugang zum Untersuchungsvolumen. Mit Hilfe der be­ kannten Anordnung soll das Gradientensystem von der Seite her lokal in die Nähe des zu untersuchenden Objektes ge­ bracht werden, da aufgrund des Aufbaus des Hauptfeldmagneten auch der axiale Zugang blockiert ist.

Die DE 38 33 591 A1 offenbart eine Vorrichtung, mit deren Hilfe die Position von Gradientenspulen, welche auf einem Spulenrohr befestigt sind, innerhalb der Bohrung des Haupt­ feldmagneten justiert werden kann. Aus EP 0 552 542 A1 ist eine Anordnung bekannt, mit der sich verschiedene Gradien­ tenspulensysteme in das Untersuchungsvolumen eines NMR-Tomo­ graphen einschieben lassen. Aus den Druckschriften US 5 293 126 und US 5 185 576 schließlich sind lokale Gradientenspulen bekannt, die in ähnlicher Weise wie sog. Oberflächenspulen an verschiedenen Stellen im Untersuchungs­ raum plaziert werden können.

Einen freien axialen Zugang sowie einen bedingten transver­ salen Zugang aufgrund einiger kleiner seitlicher Löcher am Umfang von zylinderförmigen, axial ineinander verschiebbaren Spulensystemen bietet eine NMR-Tomographieeinrichtung nach der US-PS 5,304,933. Dabei ist ein Gradientensystem vorgese­ hen, das insgesamt in axialer Richtung in die Raumtempera­ turbohrung eines Kryomagneten für die Erzeugung eines magne­ tischen Hauptfeldes eingeschoben werden kann, sowie ein Hochfrequenz (HF)-Spulensystem, das seinerseits axial in das Gradientenspulensystem eingeschoben werden kann. Durch ent­ sprechende kleine Löcher am seitlichen Umfang der zylindri­ schen Spulensysteme, die paßgenau so angebracht sind, daß sie in der Meßposition der beiden Systeme in der Gesamtan­ ordnung einander gegenüberstehen, können bei dieser Vorrich­ tung prinzipiell kleine schmale Instrumente aus transversa­ ler Richtung in das Untersuchungsvolumen eingebracht werden. Ein freier transversaler Zugang zum Untersuchungsvolumen, der von einem Operateur genutzt werden könnte, besteht bei diesem System jedoch nicht.

Aus der eingangs zitierten DE 42 30 145 A1 schließlich ist ein Gradientenspulensystem für Therapietomographen bekannt, das einen solchen transversalen Zugang sowie einen axialen Zugang zum Untersuchungsvolumen erlaubt, so daß die für eine Behandlung des zu untersuchenden Patienten erforderliche gu­ te Zugänglichkeit von allen Seiten gegeben ist. Dies wird bei dem bekannten Gradientenspulensystem durch eine besonde­ re, "abgekröpfte" Anordnung der bezüglich einer zur z-Achse senkrechten Mittelebene durch das Untersuchungsvolumen sym­ metrischen Teilgradientensysteme erreicht, wobei jede Teil­ spule aximutale Segmente aufweist, die von der Mittelebene einen größeren axialen Abstand aufweisen und bezüglich der z-Achse einen größeren radialen Abstand haben, und die durch radial verlaufende Leiterabschnitte mit anderen azimutalen Segmenten verbunden sind, welche axial näher an der Mittel­ ebene liegen und einen geringeren radialen Abstand von der z-Achse aufweisen. Gegenüber Gradientenspulensystemen, die lediglich auf einer einzigen Zylinderfläche aufgebracht sind, haben derartige Gradientensysteme jedoch eine größere Induktivität und eine geringere Effizienz, was sich darin ausdrückt, daß bei gleicher Ampèrewindungszahl eine geringe­ re Gradientenstärke im Untersuchungsvolumen erreicht wird. Außerdem ist die Abschirmwirkung der bei der bekannten An­ ordnung vorgesehenen aktiven Abschirmelemente der Gradien­ tenspulen nach außen und gegen Störungen von außen geringer. Schließlich bedingt die spezielle Anordnung der Segmente der Gradientenspulen auf unterschiedlichen Radien ein relativ kompliziertes Wickelverfahren und eine erheblich größere ra­ diale Ausdehnung der fertigen Gradientensysteme.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es demgegenüber, ein Gradientensystem für einen NMR-Tomographen mit den eingangs beschriebenen Merkmalen vorzustellen, welches einerseits ei­ nen bequemen axialen und transversalen Zugriff zum Untersu­ chungsvolumen bei möglichst geringer Baugröße und mit einem einfachen Herstellungsverfahren ermöglicht, andererseits ei­ ne hohe Leistungsfähigkeit in Bezug auf erzeugbare Gradien­ tenstärke bei gegebener Amp´rewindungszahl, eine hohe Linea­ rität der erzeugten Gradientenfelder, eine minimale Indukti­ vität und einen minimalen elektrischen Widerstand der Lei­ terabschnitte aufweist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe auf ebenso einfache wie wirkungsvolle Art und Weise dadurch gelöst, daß mindestens ei­ nes der beiden ersten Teilgradientensysteme zwischen minde­ stens zwei fixen Positionen entlang der z-Achse beweglich ist. Bei symmetrischem Aufbau der Teilgradientensysteme bezüglich der Mittelebene E ist nämlich kein Stromfluß durch die Mittel­ ebene E zur Gradientenerzeugung erforderlich, so daß die bei­ den Teilgradientensysteme keine die Mittelebene E übergreifen­ den Teile aufweisen müssen. Dadurch ist es möglich, die beiden Teilgradientensysteme axial entlang der z-Achse verschiebbar zu gestalten. Beim Auseinanderfahren von der Mittelebene E weg entsteht auf diese Weise ein bequemer transversaler Zugang zum Untersuchungsvolumen, wobei die Teilgradientensysteme problemlos auf einem einzigen Radius um die z-Achse angeordnet sein können, so daß sich eine mi­ nimale Induktivität und eine maximale Effizienz, d. h. eine maximale Gradientenstärke bei gleicher Amperewindungszahl, sowie eine maximale Abschirmwirkung erreichen läßt.

Bevorzugt ist eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Gradientensystems, bei der beide erste Teilgradientensysteme jeweils zwischen zwei fixen Positionen entlang der z-Achse beweglich sind. Insbesondere kann dadurch die gesamte Anord­ nung symmetrisch zur Mittelebene E längs der z-Achse bewegt werden. Die Teilgradientensysteme können dadurch vollständig spiegelsymmetrisch gestaltet werden.

Besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform, bei der zwei weitere Teilgradientensysteme vorgesehen sind, die räumlich unmittelbar benachbart zu den beiden ersten Teilgradienten­ systemen angeordnet sind, wobei die zwei weiteren Teilgradi­ entensysteme in der ersten fixen Position inaktiv sind und in einer der weiteren fixen Positionen entlang der z-Achse durch externe Schalter mit Strom beschickt werden können. Ein solches Gradientensystem kann derart aufgebaut werden, daß in einer der weiteren fixen Positionen entlang der z-Achse die Gradienteneigenschaften besonders gut an die je­ weiligen Bedürfnisse angepaßt sind, während in der ersten fixen Position beispielsweise ein besonders guter transver­ saler Zugang zum Untersuchungsvolumen freigegeben wird, wo­ bei dann lediglich NMR-Aufnahmen mit geringerer Qualität zur Kontrolle erzeugt werden können.

Bei einer besonders einfach herzustellenden Ausführungsform können die Teilgradientensysteme symmetrisch bezüglich der Mittelebene E angeordnet sein. Die dadurch erzeugten symme­ trischen Feldgradienten erlauben zudem eine besonders einfa­ che Verarbeitung der gewonnenen Meßdaten.

Besonders bevorzugt ist auch eine Ausführungsform, bei der eine Stromverteilung erreicht wird, mit der in mindestens zwei der fixen Positionen entlang der z-Achse eine NMR-Bild­ gebung möglich ist. Dies kann beispielsweise auch nur mit den beiden ersten Teilgradientensystemen erreicht werden. Da in beiden fixen Positionen bildgebende Messungen möglich sind, kann das Untersuchungsobjekt bzw. der zu untersuchende Patient permanent überwacht werden, wobei allerdings in un­ terschiedlichen fixen Positionen der Teilgradientensysteme die Qualität der erzeugbaren NMR-Bilder unterschiedlich sein kann.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung dieser Ausführungsform ist vorgesehen, daß die Teilgradientensysteme geometrisch so gestaltet sind, daß in der einen fixen Position ein optima­ ler transversaler Zugang zum Untersuchungsvolumen offen ist, in der anderen fixen Position eine optimale Abschirmwirkung durch Abschirmelemente erreicht wird. Eine derartige Anord­ nung ist besonders angepaßt für den klinischen Betrieb und erlaubt eine optimale Handhabung von Patientenuntersuchungen im NMR-Tomographen.

Bevorzugt ist auch eine Ausführungsform des erfindungsge­ mäßen Gradientensystems, bei der die Teilgradientensysteme als stromlinienförmige ("STREAMLINE") Spulen gestaltet sind, wie sie beispielsweise aus der DE 42 10 217 A1, auf die hier ausdrücklich vollinhaltlich Bezug genommen wird, an sich be­ kannt sind. Derartige Streamline-Spulen besitzen eine beson­ ders hohe Gradientenstärke, niedrige Induktivität und einen kleinen elektrischen Widerstand.

Besonders vorteilhaft ist eine Weiterbildung dieser Ausfüh­ rungsform, bei der die Teilgradientensysteme bei Betrieb ei­ ne mit cos (ϑ) variierende Stromdichteverteilung aufweisen, wobei ϑ den Azimutwinkel um die z-Achse bezeichnet. Damit lassen sich besonders lineare Feldgradientenverläufe erzeu­ gen, die keine tesserale Variation der Linearität aufweisen.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfin­ dungsgemäßen Gradientensystems sind im NMR-Tomographen akti­ ve Abschirmelemente vorgesehen, die zumindest in einer fixen Position längs der z-Achse bei Betrieb eine aktive Abschir­ mung der Teilgradientensysteme bewirken. Dadurch kann sicher verhindert werden, daß keine nennenswerten Ausläufer der Gradientenfelder in die Struktur des Hauptfeldmagnetsystems eindringen und dort möglicherweise Wirbelströme anwerfen, welche wiederum die Homogenität des erzeugten Hauptmagnet­ feldes im Untersuchungsvolumen beeinträchtigen würden.

Bei einer Weiterbildung dieser Ausführungsform ist vorgese­ hen, daß die aktiven Abschirmelemente derart mit den Teil­ gradientensystemen verbunden sind, daß bei einer Bewegung der Teilgradientensysteme längs der z-Achse eine daran ge­ koppelte Bewegung der aktiven Abschirmelemente längs der z-Achse erfolgt. Dadurch bilden die Teilgradientensysteme zusammen mit den Elementen der aktiven Abschirmung in jeder beliebigen Position eine Einheit, so daß ständig eine genaue relative Positionierung der einzelnen Systemkomponenten ga­ rantiert ist. Damit kann sichergestellt werden, daß die Ab­ schirmwirkung zu jedem Zeitpunkt und in jeder Betriebsphase des Tomographen stets optimal ist.

Bei einer alternativen Weiterbildung der obigen Ausführungs­ form des erfindungsgemäßen Gradientensystems sind die akti­ ven Abschirmelemente starr mit dem Hauptmagnetsystem verbun­ den. Eine solche Anordnung ist relativ einfach zu bauen und es sind keine beweglichen Teile zur Verschiebung der Ab­ schirmelemente erforderlich.

Ein solches Gradientensystem kann erfindungsgemäß dahinge­ hend weitergebildet sein, daß die aktiven Abschirmelemente ein Abschirmspulensystem umfassen, das parallel zur Mittel­ ebene einseitig oder beidseitig um die Struktur des Haupt­ magnetsystems abgewinkelt ist. Damit wird eine erheblich bessere Abschirmwirkung des Hauptmagnetsystems gegen die er­ zeugten Gradientenfelder erreicht, wodurch eine geringere Wirbelstromerzeugung im Hauptfeldmagneten und damit eine ge­ ringere Beeinträchtigung der Feldhomogenität im Untersu­ chungsvolumen bei der Schaltung von Gradienten ermöglicht wird.

Im übrigen kann es bei weiteren Ausführungsformen auch vor­ teilhaft sein, nur einen Teil der aktiven Abschirmelemente beweglich zu gestalten und den restlichen Teil in einer fest vorgegebenen Position starr mit dem Hauptmagnetsystem gekop­ pelt zu belassen. Insbesondere können die Gradientenspulen der Teilgradientensysteme unbeweglich sein, während nur Tei­ le des aktiven Abschirmsystems längs der z-Achse verschieb­ bar sind.

Vorzugsweise ist bei dem erfindungsgemäßen Gradienten­ system im NMR-Tomographen ein Hochfrequenz (HF)-Spulen­ system vorgesehen, das einen Zugang zum Untersuchungs­ volumen entlang der z-Achse und transversal zur z-Achse gestattet. Dadurch wird der von dem erfindungsgemäßen Gradientensystem ermöglichte freie transversale Zugang zum Untersuchungsvolumen nicht durch die Geometrie des HF-Systems wieder eingeschränkt.

Vorteilhaft ist eine Ausführungsform, bei der das HF-Spulen­ system zwei beiderseits der Mittelebene E angeordnete Teil­ spulensysteme umfaßt, die in ähnlicher Weise entlang der z-Achse beweglich sind, wie die Teilgradientensysteme. Damit können die gleichen Vorteile erreicht werden, wie sie oben für das erfindungsgemäße Gradientensystem beschrieben sind. Die Teilspulensysteme können vorteilhafterweise mechanisch an die Teilgradientensysteme gekoppelt und zusammen mit die­ sen verschiebbar sein. Dadurch wird die Handhabung des er­ findungsgemäßen Gradientensystems erleichtert, da beim Ver­ schieben der Teilspulensysteme und der Teilgradientensysteme nur ein einziger Bewegungsvorgang erforderlich ist.

Besonders bevorzugt ist schließlich eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Gradientensystems, bei der die Teilgradi­ entensysteme im Bereich der Mittelebene E einseitige Ausneh­ mungen senkrecht zur z-Achse aufweisen, die sich nur über einen Teil des azimutalen Winkelbereiches um die z-Achse er­ strecken. Durch die Spulenteile des Gradientensystems in un­ mittelbarer Nähe des Untersuchungsvolumens wird eine wesent­ lich höhere Gradientenstärke bei gleichem Strom durch die Spulen erreicht. Auf diese Weise kann die Effizienz des er­ findungsgemäßen Gradientensystems noch gesteigert werden. Damit ist es sogar möglich, bei weiter vereinfachten Ausfüh­ rungsformen das erfindungsgemäße Gradientensystem ohne eine axiale Beweglichkeit der Teilgradientensysteme längs der z-Achse zu realisieren, wobei dennoch die oben gestellte Er­ findungsaufgabe vollständig und befriedigend gelöst wird. Dies ist deshalb möglich, weil bei Ganzkörperuntersuchungen am Patienten in einem NMR-Tomographen die Unterseite der Einrichtung keine freie transversale Zugansmöglichkeit auf­ zuweisen braucht, da der Patient ohnehin auf einer durchge­ henden Patientenliege gelagert ist. Es reicht daher voll­ ständig aus, im oberen aximutalen Winkelbereich eine einsei­ tige Ausnehmung an den Gradientenspulen beidseits der Mit­ telebene E vorzusehen. Wenn diese Ausnehmung mit ausreichen­ der axialer Länge parallel zur z-Achse gestaltet wird, kann das gesamte Gradientensystem ohne weiteres auch über die Mittelebene E an der Unterseite zusammenhängend und starr konzipiert werden. Auf diese Weise kann die aufwendige Me­ chanik für die Verschiebung der Teilgradientensysteme einge­ spart werden, wobei ein Operateur dennoch einen optimalen freien Zugang zum Untersuchungsvolumen von oben und von der Seite her behält.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Be­ schreibung und der Zeichnung. Ebenso können die vorstehend genannten und die noch weiter aufgeführten Merkmale erfin­ dungsgemäß jeweils einzeln für sich oder zu mehreren in be­ liebigen Kombinationen Verwendung finden.

Die gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen sind nicht als abschließende Aufzählung zu verstehen, sondern haben vielmehr beispielhaf­ ten Charakter für die Schilderung der Erfindung. Es zeigen:

Fig. 1 einen schematischen, die z-Achse enthaltenden Hori­ zontalschnitt durch einen NMR-Tomographen mit erfin­ dungsgemäßem Gradientensystem, wobei in der oberen Bildhälfte die Teilgradientensysteme in der Position ihrer maximalen Annäherung, in der unteren Bildhälf­ te die Teilgradientensysteme in der Position ihrer maximalen axialen Entfernung dargestellt sind;

Fig. 2 einen NMR-Tomographen mit erfindungsgemäßem Gradien­ tensystem in einer Darstellung wie Fig. 1, jedoch mit starr mit dem Hauptmagnetensystem verbundenen aktiven Abschirmelementen;

Fig. 3 einen NMR-Tomographen mit erfindungsgemäßem Gradien­ tensystem wie in Fig. 2, jedoch mit beweglich gegen­ über dem Gradientensystem und dem Hauptmagnetsystem angeordneten aktiven Abschirmelementen in Meßstel­ lung (obere Bildhälfte) und in Zugriffsstellung (un­ tere Bildhälfte);

Fig. 4a eine schematische räumliche Darstellung eines erfin­ dungsgemäßen Gradientensystems mit azimutalen Aus­ nehmungen im Bereich der Mittelebene im auseinander­ gezogenen Zustand;

Fig. 4b System von Fig. 4a im zusammengeschobenen Zustand.

Fig. 1 zeigt einen schematischen Horizontalschnitt durch ei­ nen NMR-Tomographen mit einem Hauptmagnetsystem bestehend aus einer Magnetspule 1, einem ferromagnetischen Ring 2 zur Homogenisierung des erzeugten Magnetfeldes im Untersuchungs­ volumen sowie eine Eisenabschirmung 3. Radial innerhalb des Hauptmagnetsystems ist längs der gemeinsamen z-Achse ver­ schiebbar ein Gradientensystem zur Erzeugung eines mög­ lichst linearen Feldgradienten in drei Raumrichtungen im Un­ tersuchungsvolumen angeordnet. Das Gradientensystem in dem gezeigten Ausführungsbeispiel besteht aus zwei Teilgra­ dientensystemen 14′, 14′′, die beidseits einer zur z-Achse senkrechten Mittelebene E durch das Untersuchungsvolumen an­ geordnet sind. Vorteilhafterweise ist das Gradientensystem, sowie auch das Hauptmagnetsystem 1, 2, 3 spiegelsymme­ trisch zur Mittelebene E. Es kann aber für bestimmte Spe­ zialanwendungsfälle vorteilhaft sein, unsymmetrische Konfi­ gurationen zu wählen.

Im oberen Teil von Fig. 1 ist das erfindungsgemäße Gradien­ tensystem, welches parallel zur z-Achse beweglich ist, in einer ersten fixen Position dargestellt, in der ein trans­ versaler Zugriff auf das Untersuchungsvolumen in der Mittel­ ebene E nur noch bedingt durch einen kleinen Spalt g₁ mög­ lich ist. Durch Verschieben der beiden Teilgradientensysteme 14′, 14′′ jeweils von der Mittelebene E weg nach außen kann das Gradientensystem in eine zweite fixe Position ge­ bracht werden, wie im unteren Teil von Fig. 1 dargestellt ist. In dieser zweiten fixen Position sind die Teilgradien­ tensysteme 14′, 14′′ um eine Strecke g₂ auseinander, wodurch sich ein entsprechend großer transversaler Zugang zum Unter­ suchungsvolumen in der Mitte des NMR-Tomographen eröffnet. In dieser Position kann bei entsprechender Gestaltung der Teilgradientensysteme auch noch eine bildgebende NMR-Messung möglich sein, wobei jedoch die Auflösung erheblich geringer ist als in der ersten fixen Position. Für Kontrollzwecke können derartige Aufnahmen aber durchaus noch ausreichend sein.

Das Gradientensystem in Fig. 1 kann neben den eigentlichen Gradientenspulen, die die magnetischen Gradientenfelder im Untersuchungsvolumen erzeugen sollen, aktive Abschirmelemen­ te enthalten, die zusammen mit den Gradientenspulen längs der z-Achse verschiebbar sind und die bei Betrieb während der Gradientenschaltungen das Hauptmagnetsystem gegen die erzeugten Feldgradienten abschirmen, um das Anwerfen von Wirbelströmen in den leitfähigen Strukturen des Hauptmagnet­ systems zu verhindern.

In Fig. 2 wird ein weiteres Ausführungsbeispiel gezeigt, bei dem das Gradientensystem mit den Teilgradientensystemen 24′, 24′′ jeweils Gradientenspulen 25′, 25′′ sowie aktive Abschirmelemente 26′, 26′′ umfassen. In der unteren Figuren­ hälfte ist das Gesamtsystem wieder im ausgezogenen Zustand der beiden Teilgradientensysteme 24′, 24′′ dargestellt, wo­ bei die bei diesem Ausführungsbeispiel starr mit dem Haupt­ magnetsystem 1, 2, 3 verbundenen aktiven Abschirmelemente 26′, 26′′ der Bewegung der Teilgradientensysteme 25′, 25′′ entlang der z-Achse nicht folgen. Die Abschirmelemente 26′, 26′′ bestehen aus einem Abschirmspulensystem, das parallel zur Mittelebene E beidseitig um die Struktur des Haupt­ magnets 1, 2, 3 abgewinkelt ist, um eine besonders gute ak­ tive Abschirmwirkung zu erzielen.

Eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Gradien­ tensystems in in Fig. 3 gezeigt. Das Gradientensystem be­ stehend aus Teilgradientensystemen besteht jeweils aus Gradientenspulen 35′, 35′′ sowie aus aktiven Abschirm­ elementen 36′, 36′′. In der oberen Bildhälfte sind die Ab­ schirmelemente 36′, 36′′ längs der z-Achse in Richtung auf die Mittelebene E hin zusammengeschoben, während sie in der unteren Bildhälfte einen maximalen transversalen Zugang zum Untersuchungsvolumen im Zentrum der Anordnung freigeben.

Bei der in Fig. 3 gezeigten Ausführungsform können in den Teilgradientensystemen außer den Gradientenspulen 35′, 35′′ auch noch weitere, nicht explizit gezeichnete ak­ tive Abschirmelemente enthalten sind, die starr mit den Gra­ dientenspulen 35′, 35′′ verbunden sind. Insbesondere kann es vorteilhaft sein, lediglich die Abschirmelemente 36′, 36′′ beweglich zu gestalten, während der Rest der Teilgradienten­ systeme 35′, 35′′ starr mit dem Hauptmagnetsystem 1, 2, 3 verbunden ist. In der oberen Bildhälfte von Fig. 3 sind die beweglichen Abschirmelemente 36′, 36′′ haubenförmig über den transversalen Zugangsbereich geschoben, so daß nur eine kleine Lücke übrig bleibt. In dieser fixen Position ist die Abschirmwirkung optimal, so daß NMR-Bilder mit besonders gu­ ter Auflösung gemacht werden können. In der in der unteren Bildhälfte angedeuteten Position ist die "Haube" nach außen bewegt, so daß ein breiter transversaler Zugang zum Untersu­ chungsvolumen frei wird.

Bei sämtlichen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Gra­ dientensystems empfiehlt es sich, alle für eine exakte Posi­ tionierung notwendigen Komponenten wie Anschlag, Führungen und Zapfen vorzusehen. Außerdem sollten die Teilgradienten­ systeme innerhalb des vorgegebenen Volumens die für die Er­ zeugung der Gradientenfelder notwendigen Stromdichtevertei­ lungen aufweisen. Beispielsweise können die Spulen des Gra­ dientensystems aus einzelnen Drähten gewickelt sein. Sie können aber auch aus Plattenmaterial mit geeigneten Schnei­ deverfahren hergestellt werden. Mit der letztgenannten Me­ thode lassen sich besonders gut die stromlinienförmigen Spu­ len realisieren.

In Fig. 4a ist eine weitere Ausführungsvariante des erfin­ dungsgemäßen Gradientensystems dargestellt, bei der die Teilgradientensysteme 44′, 44′′ (bestehend aus Gradienten­ spulen 45′, 45′′ und aktiven Abschirmelementen 46′, 46′′) im Bereich der Mittelebene einseitige Ausnehmungen 47′, 47′′ senkrecht zur z-Achse aufweisen, die sich nur über einen Teil des azimutalen Winkelbereiches der entsprechenden Ele­ mente um die z-Achse erstrecken. Bei dem in Fig. 4a gezeig­ ten axial auseinandergezogenen Zustand der Teilgradientensy­ steme 45′, 45′′, machen sich diese Ausnehmungen 47′, 47′′, kaum bemerkbar. Im zusammengeschobenen Zustand, wie er in Fig. 4b dargestellt ist, bilden dagegen die Ausnehmungen 47′, 47′′ im oberen und seitlichen Bereich des Gradientensy­ stems eine transversale Zugriffslücke, während der untere Bereich in dieser zusammengeschobenen Position vollständig durchgängig ist.

Die Ausnehmungen 47′, 47′′ können ellipsenförmig oder recht­ eckig ausgeführt werden. Je größer die Ausdehnung der durch die Ausnehmungen 47′, 47′′ in der geschlossenen Position des Gradientensystems definierten Öffnung ist, umso stärker weicht die Raumverteilung der Gradientenströme von derjeni­ gen ab, die bei einer geschlossenen Zylinderstruktur notwen­ dig ist. Daher kann es im Einzelfall von Vorteil sein, le­ diglich einen schmalen Spalt zu wählen, durch den immerhin lebensüberwachende Zuführungen in das Untersuchungsvolumen geleitet werden können oder durch den minimale chirurgische Eingriffe möglich sind. Für den optimalen freien Zugang, wie er in Fig. 4a bei auseinandergezogenen Teilgradientensyste­ men 45′, 45′′ eröffnet ist, ist allerdings die zu erwartende Auflösung der NMR-Tomogramme voraussichtlich wesentlich ge­ ringer als im geschlossenen Zustand.

Zum Größenvergleich ist in den Fig. 4a und 4b jeweils ei­ ne Bedienungsperson 48 vor dem Tomographen stehend darge­ stellt.

Claims (15)

1. Gradientensystem für einen Kernspinresonanz (NMR)-Tomo­ graphen mit einem Hauptmagnetsystem, das in einem Unter­ suchungsvolumen ein entlang einer z-Achse gerichtetes homogenes Magnetfeld erzeugt, wobei das Hauptmagnetsy­ stem einen Zugang zum Untersuchungsvolumen entlang der z-Achse und transversal zur z-Achse gestattet, und wobei das Gradientensystem zwei erste Teilgradientensysteme aufweist, die sich auf entgegengesetzten Seiten bezüg­ lich einer zur z-Achse senkrechten Mittelebene E durch das Untersuchungsvolumen befinden, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eines der beiden ersten Teilgradienten­ systeme (14′, 14′′; 24′, 24′′; 44′, 44′′) zwischen mindestens zwei fixen Positionen entlang der z-Achse beweglich ist.

2. Gradientensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß beide erste Teilgradientensysteme (14′, 14′′; 24′, 24′′; 44′, 44′′) jeweils zwischen zwei fixen Positionen entlang der z-Achse beweglich sind.

3. Gradientensystem nach einem der Ansprüche 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, daß zwei weitere Teilgradientensy­ steme vorgesehen sind, die räumlich unmittelbar benach­ bart zu den beiden ersten Teilgradientensystemen ange­ ordnet sind, wobei die zwei weiteren Teilgradientensy­ steme in der ersten fixen Position inaktiv sind und in einer der weiteren fixen Positionen entlang der z-Achse durch externe Schalter mit Strom beschickt werden kön­ nen.

4. Gradientensystem nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilgradientensy­ steme (14′, 14′′ 24′, 24′′; 44′, 44′′) symmetrisch bezüglich der Mittelebene E angeordnet sind.

5. Gradientensystem nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß eine Stromverteilung erreicht wird, mit der in mindestens zwei der fixen Po­ sitionen entlang der z-Achse eine NMR-Bildgebung möglich ist.

6. Gradientensystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich­ net, daß die Teilgradientensysteme (14′, 14′′; 24′, 24′′; 44′, 44′′) geometrisch so gestaltet sind, daß in der einen fixen Position ein optimaler transversaler Zugang zum Untersuchungsvolumen offen ist, in der anderen fixen Position eine optimale Abschirmwir­ kung durch Abschirmelemente (26′, 26′′; 36′, 36′′; 46′, 46′′) erreicht wird.

7. Gradientensystem nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilgradientensy­ steme (14′, 14′′; 24′, 24′′; 44′, 44′′) als stromlinienförmige Spulen gestaltet sind.

8. Gradientensystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich­ net, daß die Teilgradientensysteme (14′, 14′′; 24′, 24′′; 44′, 44′′) bei Betrieb eine mit cos (ψ) variierende Stromverteilung aufweisen, wobei ψ den Azi­ mutwinkel um die z-Achse bezeichnet.

9. Gradientensystem nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß im NMR-Tomographen ak­ tive Abschirmelemente (26′, 26′′; 36′, 36′′; 46′, 46′′) vorgesehen sind, die zumindest in einer fixen Position längs der z-Achse bei Betrieb eine aktive Abschirmung der Teilgradientensysteme (14′, 14′′; 24′, 24′′; 44′, 44′′) bewirken.

10. Gradientensystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeich­ net, daß die aktiven Abschirmelemente (46′, 46′′) derart mit den Teilgradientensystemen (14′, 14′′; 44′, 44′′) verbunden sind, daß bei einer Bewegung der Teilgradien­ tensysteme (14′, 14′′; 44′, 44′′) längs der z-Achse eine daran gekoppelte Bewegung der aktiven Abschirmelemente (46′, 46′′) längs der z-Achse erfolgt.

11. Gradientensystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeich­ net, daß die aktiven Abschirmelemente (26′, 26′′) starr mit dem Hauptmagnetsystem (1, 2, 3) verbunden sind.

12. Gradientensystem nach Anspruch 11, dadurch gekennzeich­ net, daß die aktiven Abschirmelemente (26′, 26′′) ein Abschirmspulensystem umfassen, das parallel zur Mittel­ ebene E einseitig oder beidseitig um die Struktur des Hauptmagnetsystems (1, 2, 3) abgewinkelt ist.

13. Gradientensystem nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein HF-Spulensystem vorgesehen ist, das zwei beiderseits der Mittelebene an­ geordnete Teilspulensysteme umfaßt, die in ähnlicher Weise entlang der z-Achse beweglich sind, wie die Teil­ gradientensysteme.

14. Gradientensystem nach Anspruch 13, dadurch gekennzeich­ net, daß die Teilspulensysteme des HF-Spulensystems me­ chanisch an die Teilgradientensysteme (14′, 14′′; 24′, 24′′; 44′, 44′′) gekoppelt und zusammen mit diesen verschiebbar sind.

15. Gradientensystem nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilgradientensy­ steme (44′, 44′′) im Bereich der Mittelebene E einseiti­ ge Ausnehmungen (47′, 47′′) senkrecht zur z-Achse auf­ weisen, die sich nur über einen Teil des azimutalen Win­ kelbereiches um die z-Achse erstrecken.