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Die
hierin offenbarte und beanspruchte Erfindung betrifft allgemein
eine HF-Spulenanordnung für eine
Magnetresonanz-Bildgebungsvorrichtung (MR-Bildgebungsvorrichtung)
oder einen MR-Scanner. Insbesondere betrifft die Erfindung eine
Anordnung, worin die HF-Spule des MR-Scanners wahlweise in Bezug
auf andere Komponenten des Scanners montiert ist, um den Lärm oder
die akustischen Störungen
wesentlich zu reduzieren, denen ein Patient ausgesetzt ist, der
innerhalb der Bohrung des Scanners, das bedeutet innerhalb des MR-Bildgebungsvolumens,
liegt.
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Wie
allgemein bekannt ist, enthält
eine MR-Bildgebungsvorrichtung oder ein MR-Scanner gewöhnlich einen
Kryostaten, der einen leistungsfähigen
supraleitenden Hauptmagneten aufweist, der um eine Apertur oder
Bohrung des Hauptmagneten angeordnet ist. Der supraleitende Magnet
wird bei einer sehr kalten Temperatur gehalten und erzeugt innerhalb
der Bohrung ein starkes statisches Magnetfeld oder B0-Feld,
wobei das B0-Feld entlang der Bohrungsachse
ausgerichtet ist. Andere wesentliche Komponenten der MR-Vorrichtung
enthalten die HF-Spule oder HF-Antenne und die Gradientenspulenanordnung,
die eine Hohlzylinderstruktur aufweist. Die HF-Spule kann in einem
Sendemodus betrieben werden, um MR-Signale in dem bildgebend darzustellenden
Objekt zu erzeugen, oder sie kann in einem Empfangsmodus betrieben
werden, um die MR-Signale zu detektieren. Die Gradientenspulenanordnung
weist ein oder mehrere Zylinderspulenformen auf, sowie einen Satz
von durch diese abgestützten
Gradientenspulen, um die Gradientenfelder in x-, y-, und z-Richtung
zu erzeugen. Diese Felder sind erforder lich, um die MR-Daten räumlich zu
kodieren. Typischerweise ist die Gradientenspulenanordnung innerhalb
der Bohrung des Hauptmagneten angeordnet.
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In
der Vergangenheit war es gängige
Praxis, die HF-Spule innerhalb der Hauptmagnetbohrung abzustützen, indem
diese anderen wesentlichen Komponenten der MR-Vorrichtung, die eine
zylindrische Form haben, angefügt
und befestigt wurden. Es wird beispielsweise auf das US Patent 4,652,824, das
eine MR-Bildgebungsvorrichtung
gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1 zeigt, und die
EP
A 0 724 164 verwiesen. Die innere Form weist ein röhrenförmiges Gebilde
auf, das durch die Gradientenspulenanordnung in einer koaxialen
Beziehung dazu gesteckt wird. Der innere Bereich des inneren röhrenförmigen Gebildes
weist allgemein die Patientenbohrung oder das bildgebende Volumen
der zugeordneten MR-Bildgebungsvorrichtung auf, das ist das Volumen,
das angeordnet ist, um einen Patienten darin aufzunehmen, und in
dem MR-Signale erzeugt und detektiert werden. Die Enden des inneren
röhrenförmigen Gebildes
sind mittels Endkappen oder Ähnlichem
mit dem Kryostaten so verbunden, dass das röhrenförmige Element durch diese unterstützt wird. Typischerweise
ist die HF-Spule um den äußeren Durchmesser
des inneren röhrenförmigen Gebildes in
enger benachbarter Beziehung angeordnet und dadurch gestützt oder
getragen. Das röhrenförmige Element
ist aus nicht elektrisch leitendem Material gefertigt, so dass die
HF-Leistung innerhalb des bildgebenden Volumens nicht behindert
wird.
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Anordnungen
gemäß dem Stand
der Technik des obigen Typs und Komponenten davon sind beispielsweise
in den US Patenten 5,570,021 und 5,760,584 beschrieben, wobei beide
zusammen der General Electric Company zugeschrieben sind. Zwei der
Erfinder, die in dem US-Patent 5,570,021 genannt sind, sind hier bei
gemeinsame Erfinder. In derartigen Anordnungen ist die HF-Spule
auf der inneren Form oder dem röhrenförmigen Element
gestützt oder
getragen, um in einer konventionellen Technik eine notwendigen Beabstandung
zwischen der HF-Spule und der Gradientenspulenanordnung zu schaffen.
Eine MR-Bildgebungsvorrichtung verwendet jedoch elektrisch anzuregende
Gradientenspulen, um zeitvariable Magnetfelder dem Hauptmagnetfeld
oder B0-Feld zu überlagern. Diese zeitvariablen Felder
tendieren dazu, in den Leitern der HF-Spule Wirbelströme zu induzieren,
die wiederum mechanische Bewegungen der HF-Spule verursachen. In
den vorstehend beschriebenen Anordnungen nach dem Stand der Technik
haben die Erfinder erkannt, dass derartige mechanische Bewegungen
ein prinzipieller Grund für
das Auftreten von Lärm
innerhalb des bildgebend darzustellenden Volumens sind. Genauer gesagt,
haben die Erfinder festgestellt, dass wenn die HF-Spule mit dem
inneren röhrenförmigen Element verbunden
ist oder von diesem gestützt
wird, die durch die Wirbelströme
induzierte Bewegung der HF-Spule das röhrenförmige Element in der Art und Weise
eines akustischen Lautsprechers betreibt. Das innere rohrförmige Element
dient dabei innerhalb des bildgebenden Volumens als Rauscherzeuger.
In der Vergangenheit, haben die Fachleute oftmals die Bewegung der
HF-Spule als eine Hauptquelle für
den Lärm übersehen.
Es ist wahrscheinlich, dass dies auftritt, da die Qualität der MR-Bilder,
die in der Anwesenheit der durch die verursachten Wirbelströme auftretenden
Bewegung der HF-Spule, nicht nachteilig durch eine derartige Bewegung
beeinflusst zu sein scheint.
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Die
Erfindung betrifft generell eine HF-Spulenvorrichtung für eine MR-Bildgebungsvorrichtung, wie
dies in Anspruch 1 definiert ist, die darauf zielt, im Wesentlichen
Lärm oder
akustische Störungen
in dem dem Patienten zugeordneten Bildge bungsvolumen der MR-Vorrichtung
zu reduzieren. Die HF-Spulenvorrichtung
weist eine rohrförmige
HF-Spulenform auf, die mit einer zylindrischen Innenfläche ausgestattet
ist, und ferner eine HF-Spule aufweist, die wahlweise mit der HF-Spulenform in benachbarter Beziehung
mit der inneren Fläche
verbunden ist. Eine Trägeranordnung
erstreckt sich zwischen der HF-Spulenform und der inneren Wand der
Gradientenspulenanordnung der MR-Vorrichtung. Die HF-Spulenvorrichtung
der Erfindung weist ferner ein inneres rohrförmiges Element auf, das zwei
eng benachbarte Wände
aufweist, die jeweils so gedichtet sind, dass ein Vakuum dazwischen
aufrechterhalten wird. Mittel sind geschaffen, um das innere rohrförmige Element
innerhalb der Bohrung des Hauptmagneten der MR-Vorrichtung, in ausgewählter voneinander
beabstandeter Beziehung mit der HF-Spule und der HF-Spulenform abzustützen. Das
angestützte
innere rohrförmige
Element definiert einen spezifischen Bereich der Bohrung des Hauptmagneten
als MR-Bildgebungsvolumen. Das innere rohrförmige Element dient ebenfalls
dazu, eine akustische Barriere zwischen der HF-Spule und dem Bildgebungsvolumen
zu schaffen.
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Die
Trägeranordnung
ist dazu eingerichtet, die HF-Spule und die HF-Spulenform wahlweise
in beabstandeter Beziehung mit der inneren Wand der Gradientenspulenanordnung
abzustützen.
Bevorzugt weist die Trägeranordnung
ein Hülsenelement auf,
das mit der inneren Wand der Gradientenspulenanordnung verbunden
ist, und mehrere einstellbare Schrauben, die sich zwischen den Hülsenelementen und
der HF-Spulenform erstrecken. An jedem Ende der HF-Spulenform sind
drei einstellbare Schrauben um einen ringförmigen Raum positioniert, der
zwischen den Hülsenelementen
und der HF-Spulenform in im Wesentlichen äquidistanter Beziehung zueinander
lokalisiert ist.
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Ausführungsformen
der Erfindung werden jetzt an Hand von Beispielen in Bezug auf die
nachfolgende Zeichnung beschrieben, in der:
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1 eine
vereinfachte perspektivische Ansicht ist, die spezielle Komponenten
einer MR-Vorrichtung darstellt, die auf eine Ausführungsform
dieser Erfindung bezogen ist;
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2 eine
Ausschnittsansicht ist, die entlang der Linien 2-2 von 1 gewählt sind;
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3 eine
Abschnittsansicht ist, die entlang der Linien 3-3 von 1 gewählt sind;
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4 eine
Ansicht eines Bereichs von 2 mit größerer Genauigkeit
ist;
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5 eine
Abschnittsansicht ist, die einen Teil der Ausführungsform, die in 2 gezeigt
ist, darstellt. Bezugnehmend auf 1, ist ein
Kryostat und eine Hauptmagnetanordnung 10 eines Typs, der gewöhnlich in
Verbindung mit MR-Hochfeld-Bildgebungsvorrichtungen verwendet wird,
gezeigt. Wie dem Fachmann allgemein bekannt ist, ist der Hauptmagnet
um die Bohrung 12 positioniert und innerhalb des Kryostaten
enthalten oder von diesem umschlossen ist. Der Kryostat hält den Hauptmagneten
auf einer extrem niedrigen Temperatur. Folglich ist der Hauptmagnet
in einem supraleitenden Zustand, um ein starkes statisches B0-Magnetfeld zu erzeugen, wie dies in der
MR-Bildgebung verlangt wird. Zur Abkürzung werden der Kryostat und
das Hauptmagnetfeld 10 nachfolgend als Hauptmagnet 10 bezeichnet. Metallbeine 14 werden
bereitgestellt, um den Hauptmagneten 10 auf dem Boden 16 zu
unterstützen, wenn der
Hauptmagnet und andere Komponenten einer MR-Bildgebungsvorrichtung
(nicht gezeigt) zur Verwendung aufgestellt werden.
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Eine
Bohrung 12 des Hauptmagneten 10 ist dazu eingerichtet,
um eine eine Hohlzylinderstruktur aufweisende Gradientenspulenanordnung 18 aufzunehmen.
Wie allgemein bekannt ist, enthält
die Gradientenspulenanordnung 18 Spulen (nicht gezeigt) zur
Erzeugung der jeweiligen X-, Y-, Z-Gradientenfelder innerhalb der
Hauptmagnetbohrung, wie sie für die
MR-Bildgebung erforderlich sind. Die Gradientenfelder sind jeweils
relativ zur X, Y- und Z-Koordinatenachse orientiert, wobei die Z-Achse entlang der
Achse der Hauptmagnetfeldbohrung in paralleler Beziehung zu der
Richtung des B0-Magnetfeldes ausgerichtet
ist.
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Bezugnehmend
auf 1, ist eine nachfolgend genauer beschriebene HF-Spulenanordnung 20 gezeigt,
die ebenfalls eine zylindrische Hohlstruktur aufweist. Die HF-Spulenanordnung 20 hat
einen äußeren Durchmesser,
der selektiv kleiner ist als der innere Durchmesser der Gradientenspulenanordnung 18,
und der innerhalb der Gradientenspulenanordnung in beabstandeter
koaxialer Beziehung davon positioniert ist. Die HF-Spulenanordnung 20 enthält eine
HF-Spule oder Antenne zum Senden und/oder Empfangen von HF-Signalen,
wie dies bei dem MR-Bildgebungsprozess erforderlich ist.
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1 zeigt
ferner eine zylindrische innere Form 22, die ein dünnwandiges
rohrförmiges
Element aufweist, das innerhalb der HF-Spulenanordnung 20 in
koaxial beabstandeter Beziehung angeordnet ist, und die nachfolgend
genauer in Bezug auf die 2 und 5 beschrieben
wird. Das rohrförmige
Element 22 ist ebenfalls in koaxial beabstandeter Beziehung
zu der Gra dientenspulenanordnung 18 und zu der Bohrung 12 des
Hauptmagneten 10 angeordnet. Der Raum oder das Volumen
innerhalb des rohrförmigen
Elements 22 weist solche Abmessungen auf, die geeignet
sind, einen Patienten oder ein anderes Objekt (nicht gezeigt) zur
MR-Bildgebung darin aufzunehmen. Folglich enthält ein derartiges Volumen eine
Patientenbohrung oder ein Bildgebungsvolumen 24, das ist
das Volumen, in dem das B0-Feld, die Gradientenmagnetfelder
und die HF-Signale zusammenwirken, um die MR-Bilddaten gemäß des wohlbekannten
MR-Prozesses zu erzeugen. Das rohrförmige Element 22 wird
durch festes Verbinden seines Endbereiches 22a mit dem
Hauptmagneten 10, wie beispielsweise mit Endkappen 26,
in der Position gehalten. Wie dies am Besten in 2 dargestellt
ist, werden die Endbereiche 22a des rohrförmigen Elements 22 vorteilhafterweise
nach außen
aufgeweitet.
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Bezugnehmend
auf 2 und 3 zusammen, ist eine Gradientenspulenanordnung 18 gezeigt,
die von dem Hauptmagneten 10 in beabstandeter Beziehung
mittels Unterstützungselementen 28 unterstützt wird.
Die Elemente 28 könnten
Schrauben oder Ähnliches
aufweisen. Alternativ könnten
sie Strukturen aufweisen, die eine Vibrationsisolation zwischen
der Gradientenspulenanordnung 18 und dem Hauptmagneten 10 schaffen.
Die Abstützungselemente 28 richten
die Gradientenspulenanordnung 18 innerhalb der Bohrung 12 so
aus, dass die Gradientenspulenanordnung und die Bohrung in koaxialer Beziehung
zueinander angeordnet sind. Die Gradientenspulenanordnung 18 hat
eine zylindrische innere Wand 18a mit der ein Hülsenelement 32 verbunden
ist.
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Wie
am Besten in 2 gezeigt ist, weist die HF-Spulenanordnung 20 eine
HF-Spule 30 und eine HF-Spulenform 34 auf. Die
Spulenform 34 weist eine hohe zylindrische Struktur auf, die
aus vergleichsweise steifem Material gebildet ist, wie Glasfaser
verstärktes
Plastik (FRP), und weist eine innere Fläche 34a auf. Die Leiter
der HF-Spule 30 sind mit der Spulenform 34 mit
geeigneten Mitteln und in enger benachbarter Beziehung mit der inneren
Fläche 34a verbunden.
Die HF-Spule 30 und die Spulenform 34 sind in
der Bohrung 12 und innerhalb der Hülsenelemente 32 mittels
Schrauben 36a und 36b abgestützt, die jeweils an gegenüberliegenden
Enden der HF-Spulenform 34 positioniert sind. Wie nachfolgend genauer
in Zusammenhang mit 4 beschrieben werden wird, erstreckt
sich jede Schraube 36a und 36b zwischen der HF-Spule 34 und
dem Hülsenelement 32.
Die Schrauben halten gemeinsam die HF-Spulenanordnung 18, um einen
ringförmigen
Abstand 36 von spezifizierter Breite dazwischen aufrecht
zu erhalten, wie dies am Besten in 3 dargestellt
ist. 3 stellt ebenfalls dar, dass die Schrauben 36a und 36b vorzugsweise
in Sätzen
mit jeweils drei Schrauben gruppiert sind, die um den ringförmigen Abstand 36 in äquidistanter
Beziehung zueinander positioniert sind. Folglich sind die drei in 3 gezeigten
Schrauben 36a mit 120° von
einer zur anderen um den ringförmigen
Abstand 38 orientiert. Alternativ, könnten neben den Schrauben 36a und 36b andere
Mittel verwendet werden, um die HF-Spule 30 und die HF-Spulenform 34 in
beabstandeter Beziehung zueinander mit der Gradientenspulenanordnung 18 abzustützen.
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Bezugnehmend
auf 2 ist ein inneres rohrförmiges Element 22 gezeigt,
das durch die aufgeweiteten Enden 22a und durch die Endkappen 26 so
abgestützt
wird, dass es in beabstandeter und kontaktloser Beziehung mit der
HF-Spulenanordnung 20 ist. Es wurde herausgefunden, dass
durch Schaffen einer derartigen räumlichen Trennung zwischen
der Spulenanordnung 20 und dem inneren Element 22 die
mechanische Bewegung der HF-Spule 30, die aus den Wirbelströme, wie
vorstehend beschrieben, resultiert, in dem Bildgebungsvolumen 24 kein
nennenswerter Lärm
erzeugt wird. Das rohrförmige
Element 22 ist vorteilhafterweise aus einem Material wie
FRP gebildet, das als eine weitere Barriere für die Übertragung von Klang dient.
Darüber
hinaus, soll es klar sein, dass die Gradientenspulenanordnung 18 eine
Masse von der Größenordnung
von 2500 Pfund aufweist, wobei die HF-Spulenanordnung eine Masse
in der Größenordnung
von 50 Pfund hat. Dementsprechend haben Vibrationen oder mechanische
Bewegung der HF-Spule 30 wenig Effekt auf die Gradientenspulenanordnung 18, auch
wenn die HF-Spulenanordnung 20 abgestützt von der Gradientenspulenanordnung 18 getragen wird,
wie dies vorstehend in Verbindung mit 2 und 3 beschrieben
wurde.
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In
einer MR-Bildgebungsvorrichtung, die die vorstehend beschriebenen
Komponenten aufweist, muss die HF-Spulenanordnung 20 so
eingerichtet sein, das sie in die Magnetbohrung leicht zu positionieren
ist und ebenso leicht wieder daraus zu entfernen ist. Dies ist zur
anfänglichen
Einstellung, für
wiederkehrende Wartung und aus anderen Gründen notwendig. Entsprechend
sind Gewindelöcher
durch die HF-Spulenform 34 gebildet, um jede der Schrauben 36a und 36b aufzunehmen,
wobei die Löcher
jeweils an den vorstehend in Verbindung mit 2 und 3 beschriebenen
Schraubenpositionen angeordnet sind. Folglich wird, wie dies in 4 gezeigt
ist, ein Loch 40 mit Gewinde 42 bereitgestellt,
die von einer Größe sind,
um die Gewinde 44 einer der Schrauben 36a aufzunehmen.
Die aufgenommenen Schrauben 36a können gedreht werden, um die
Schraube in Richtung der Gradientenspulenanordnung 18 zu
treiben und um sie gegen die Hülse 32 zu
drücken.
Die Schraube 36a kann ebenfalls in die entgegengesetzte
Richtung gedreht werden, um die Schraube weg von der Gradientenspulenan ordnung 18 zu
bewegen, wenn gewünscht
ist die Gradientenspulenanordnung 20 weg von der Magnetbohrung
zu bewegen.
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Bezugnehmend
auf 2 ist die Gradientenspulenanordnung 18 und
die HF-Spulenanordnung 20 gezeigt, die in dem Raum 46 aufgenommen ist.
Der Raum 46 ist von dem inneren rohrförmigen Element 22,
den Endkappen 26 und dem Hauptmagnet 10 umschlossen.
Die Struktur, die den Raum 46 umgibt, ist gedichtet, um
luftdicht zu sein. Luft wird dann aus dem Raum 46 evakuiert,
sodass der Raum 46 ein Vakuumraum wird. Ein derartiges
Vakuum wird die Transmission von Geräuschen von der HF-Spule 30 in
das innere rohrförmige
Element 22 und in das Bildgebungsvolumen 24 zusätzlich behindern.
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Im
Gegensatz dazu basiert die Erfindung auf der in 5 gezeigten
Ausführungsform.
In dieser Ausführungsform
weist das rohrförmige
Element 22 zwei Wände 50a und 50b,
die in zueinander beabstandeter paralleler Beziehung positioniert
sind, um einen Raum 46 zwischen ihnen zu schaffen. Die Dichtungen 52 sind
bereitgestellt, um den Raum 48 dichtend zu umschließen, so
dass dieser luftdicht ist. Ebenfalls wird Luft aus dem Raum 48 entfernt
oder evakuiert, sodass dieser ein Vakuumraum wird. Der Vakuumraum 48 dient
als eine exzellente Barriere gegen die Transmission von Geräuschen von
der HF-Spule 30 in
das Bildgebungsvolumen 24. Der Vakuumraum 48 ist
jedoch viel kleiner als der vorstehend in Verbindung mit 2 beschriebene
Vakuumraum 46. Der Raum 46 kann Atmosphäre enthalten oder
ein inertes Gas. Die Verwendung des inerten Gases könnte insbesondere
vorteilhaft zur Verhinderung von Funkenentladungen in dem Raum 46 sein.