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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf einen Magnetresonanz-Bildgebungs(MRI)-Scanner
und insbesondere auf einen MRI-Scanner mit geringer Lärmemission.
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Bei
MRI-Scannern, die in verschiedenen Bereichen wie in der medizinischen
Diagnostik verwendet werden, wird typischerweise ein Computer verwendet,
um Bilder zu erzeugen, die auf dem Betrieb eines Magnets, einer
Gradientenspulenanordnung und einer Hochfrequenzspule (bzw. Hochfrequenzspulen)
beruhen. Der Magnet erzeugt ein einheitliches Hauptmagnetfeld, welches
bewirkt, dass Atomkerne, wie z. B. Wasserstoffatomkerne, auf eine Hochfrequenzanregung
ansprechen. Die Gradientenspulenanordnung setzt das Hauptmagnetfeld
einer Serie von gepulsten Raumgradienten-Magnetfeldern aus, um jedem
Punkt im Bildgebungsvolumen eine räumliche Identifizierung zuzuordnen,
die seinem einzigartigen Satz von Magnetfeldern während der
Bildgebungsimpulssequenz entspricht. Die Hochfrequenzspule erzeugt
einen Anregungsfrequenzimpuls, der zeitweilig eine oszillierende
Transversalmagnetisierung erzeugt, die von der Hochfrequenzspule erkannt
und vom Computer verwendet wird, um das Bild zu erzeugen. Typischerweise
ist innerhalb des Magnets eine Hochfrequenzspulen- und eine Gradientenspulenanordnung
vorhanden.
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Zu
den Magneten für
MRI-Scanner gehören superleitfähige Spulenmagneten,
resistive Spulenmagneten und permanente Magneten. Zu den bekannten
superleitfähigen
Magneten gehören
mit flüssigem
Helium gekühlte
sowie kryokühlergekühlte superleitfähige Magneten.
Zu den bekannten Konstruktionsweisen für superleitfähige Magneten
zählen
zylindrische Magneten oder offene Magneten.
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Zylindrische
Magnete weisen typischerweise eine zylindrische Form und ein axial
ausgerichtetes statisches Magnetfeld auf. Bei MRI-Systemen, die auf
zylindrischen Magneten beruhen, weisen die Hochfrequenzspule, die
Gradientenspulenanordnung und der Magnet eine ringförmig-zylindrische Form
auf und sind im Wesentlichen koaxial ausgerichtet, wobei die Gradientenspulenanordnung
die Hochfrequenzspule im Umfangsbereich umgibt und der Magnet die
Gradientenspulenanordnung im Umfangsbereich umgibt.
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Bei
offenen Magneten werden typischerweise zwei beabstandete Anordnungen
verwendet, wobei der Raum zwischen den Anordnungen dem medizinischen
Personal bei einer Operation oder einer anderen medizinischen Prozedur
während
der MRI-Bildgebung einen Zugang ermöglicht. Der freie Raum ist
hilfreich für
den Patienten, wenn es darum geht, Gefühle von Klaustrophobie zu überwinden,
die bei einer zylindrischen Magnetbauweise aufkommen können.
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Im
Allgemeinen stellen die verschiedenen Komponenten des MRI-Scanners Quellen
und Durchgänge
bzw. Leitungspfade für
akustischen Lärm
dar, der von dem abgebildeten Patienten und vom Benutzer des Scanners
als störend
empfunden werden kann. Beispielsweise generieren die Gradientenspulenanordnungen
von MRI-Scannern lauten akustischen Lärm, der von vielen medizinischen
Patienten als störend
empfunden wird. Der akustische Lärm
tritt im Inneren der Patientenöffnung
des Scanners sowie außerhalb
des Scanners auf. Um den Lärm
der Gradientenspulenanordnung zu reduzieren, sind bisher aktive
Lärmkontrolltechniken
eingesetzt worden, wozu auch lärmausblendende
Patientenkopfhörer
gehören.
Zu den bekannten passiven Lärmkontrolltechniken
gehört
die Lokalisation der Gradientenspulenanord nung in einer Vakuumhülle. In
diesem Zusammenhang ist vorgeschlagen worden, die Breite der Leitungen
der HF-Spule zu reduzieren, um die Anregung von Wirbelströmen zu mindern
(siehe
DE-A-198 38
390 ).
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Solch
eine Anordnung ist beispielsweise aus
US-A-5 179 338 bekannt, wo ein bildgebende
Vorrichtung vorgestellt wird, die zur Erzeugung von MR-Bildern eines
Objekts, das sich innerhalb eines Bildgebungsvolumens befindet,
sowie zur Minimalisierung von akustischem Lärm dient, der während der
Bildgebung generiert wird, wobei die Vorrichtung umfasst: eine Magnetanordnung
zur Erzeugung eines statischen Magnetfeldes; eine Gradientenspulenanordnung,
die innerhalb einer Vakuumhülle
im Inneren der Magnetanordnung angeordnet ist, so dass ein Magnetfeldgradient
zur Verwendung bei der Erzeugung von MR-Bildern generiert wird; und eine Hochfrequenzspulen-Anordnung
innerhalb der Gradientenspulenanordnung zur Übertragung eines HF-Impulses
sowie zum Empfang eines MR-Signals, welches von dem Objekt induziert
wird, wobei die HF-Spulenanordnung eine Vielzahl von Leitungen zur Übertragung
eines HF-Impulses und zum Empfang eines MR-Signals umfasst, das
in dem Objekt induziert wurde.
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Diese
Techniken oder Maßnahmen
zur Reduktion von akustischem Lärm,
der aufgrund von verschiedenen Komponenten im MRI-Scanner auftritt, sind
teilweise effektiv gewesen, wobei aber sowohl Patienten als auch
Techniker den Lärm
im dem und um den MRI-Scanner herum als problematisch empfinden.
Es wird ein MRI-Scanner mit reduzierter Lärmemission benötigt, bei
dem die verschiedenen Quellen und Leitwege für akustischen Lärm in dem und
um den Scanner herum berücksichtigt
werden.
US 5,235,283 und
Katsunuma A. et al., „Silent MRI-System", Proceedings of
the International Society for Magnetic Reso nance in Medicine, Eighth
Scientific Meeting and Exhibition 1.4.2000 stellen beispielsweise
jeweils unterschiedliche strukturelle Veränderungen oder mechanische
Vorrichtungen zur Reduktion des Lärms bei einer bildgebenden MR-Vorrichtung
vor. In
US 5,179,338 wird
eine Abschirmung zur Reduktion von Wirbelströmen in dem Hauptmagneten einer
bildgebenden MRI-Vorrichtung vorgestellt.
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Gemäß der Erfindung
wird eine bildgebende Vorrichtung mit geringer Lärmemission zur Erzeugung von
Magnetresonanz(MR)-Bildern
eines Objekts und zur wesentlichen Minimierung von akustischem Lärm geliefert,
welcher während
der Bildgebung generiert wird. Die bildgebende Vorrichtung weist
die Charakteristiken auf, die in Anspruch 1 dargelegt werden.
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Die
Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der
folgenden detaillierten Beschreibung der Erfindung deutlich, wenn
sie im Zusammenhang mit den dazugehörigen Zeichnungen gelesen wird,
für welche
gilt:
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1 ist
eine schematische Querschnitts-Seitenelevationsansicht einer bildgebenden Vorrichtung;
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2 ist
eine schematische Querschnitts-Ansicht der bildgebenden Vorrichtung
aus 1, die entlang der Linie 30-30 von 1 aufgenommen
wurde;
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3 ist
eine schematische Querschnitts-Seitenelevationsansicht eines MRI-Scanners;
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4 ist
eine schematische Illustration einer HF-Spulenanordnung von einem Typ, wie er
bei der bildgebenden Vorrichtung von 1 und 3 nützlich ist;
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5 ist
eine schematische Illustration einer HF-Spulenanordnung von einem
Typ, wie er bei der bildgebenden Vorrichtung von 1 und 3 nützlich ist;
und
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6 ist
eine schematische Illustration einer Gradientenstrom-Durchgangsanordnung
von einem Typ, wie er bei der bildgebenden Vorrichtung von 1 und 3 nützlich ist.
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Was 1, 2 und 3 anbelangt,
wird dort eine beispielhafte bildgebende Vorrichtung gezeigt. Die
bildgebende Vorrichtung ist von einem Typ, wie er bei der Erzeugung
von Magnetresonanz(MR)-Bildern eines Patienten oder eines Objekts
nützlich
ist. In den Figuren bezeichnen dieselben Ziffern durchgehend dieselben
Elemente. 1, 2 und 3 zeigen
ein MR-System, das
auf einem zylindrischen superleitfähigen Magneten beruht. Eine
auf diesem Gebiet fachkundige Person wird berücksichtigen, dass die Funktionen
und Beschreibungen von ähnlichen
Komponenten, die in einer offenen Magnetkonfiguration verwendet
werden, bei einem offenen Magnet-MR-System angewendet werden können.
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Was 2 anbelangt,
wird eine Querschnittansicht einer Magnetanordnung eines Typs gezeigt, wie
er gängigerweise
im Zusammenhang mit der MR-Bildgebung verwendet wird. Eine Magnetanordnung
weist im Allgemeinen eine zylindrische und ringförmige Form auf und umfasst
eine innere Fläche,
die als Magnetwarmbohrung 4 bezeichnet wird, passive Magnetscheiben 5 (ebenfalls
in 1 gezeigt), Magnetgefäß 6 und Kryostatmantel 7,
der radial um die äußere Fläche herum
angeordnet ist. Die Magnetanordnung umfasst ferner Aufhängeelemente 13 und
Endaufsatzdichtungen 20, die nachfolgend detaillierter
beschrieben werden.
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Typischerweise
schließt
das Magnetgefäß 6 einen
superleitfähigen
Magneten (nicht gezeigt) ein, der, wie wohlbekannt ist, mehrere
radial ausgerichtete und in Längsrichtung
beabstandete superleitfähige Hauptspulen
umfasst, von denen jede einen hohen, identischen elektrischen Strom
in dieselbe Richtung leiten kann. Außerdem sind die superleitfähigen Hauptspulen
dazu bestimmt, innerhalb eines kugelförmigen Bildgebungsvolumens
ein Magnetfeld von hoher Einheitlichkeit zu erzeugen, das innerhalb
der Bohröffnung
des Magneten zentriert ist, wo das abzubildende Objekt platziert
wird. Die superleitfähigen Hauptspulen
erzeugen ein statisches Hauptmagnetfeld, das als B0 bekannt
ist und sich typischerweise im Bereich von 0,5 T bis 8 T bewegt.
Die superleitfähige
Hauptspule wird von einem Magnetgefäß 6 umschlossen. Das
Magnetgefäß 6 umfasst
im Allgemeinen ein Heliumgefäß und thermische
oder Kälteabschirmungen,
die auf bekannte Weise dem Einschluss und der Kühlung der Magnetgewinde dienen. Mit
Hilfe des Magnetgefäßes 6 wird
auch verhindert, dass Wärme
zum superleitfähigen
Magneten übertragen
wird. Im Folgenden bezieht sich das Magnetgefäß 6 im Allgemeinen
auf die hier beschriebenen superleitfähigen Hauptspulen, konventionelle
Thermikabschirmungen, Flüssighelium-Dewargefäße u. Ä., die zum
Zwecke der Deutlichkeit in den Figuren ausgelassen sind. Der Kryostatmantel 7 bedeckt
die äußere Fläche der
Magnetanordnung. Der Kryostatmantel 7 besteht im Allgemeinen
aus Metall, typischerweise aus Stahl oder Edelstahl.
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Was
nun 2 anbelangt, weisen die HF-Spulenanordnung 2,
die Gradientenspulenanordnung 3 und die Magnetanordnung
eine im Allgemeinen ringförmig-zylindrische
Form auf und sind im Allgemeinen koaxial ausgerichtet, wobei die
Gradientenspulenanordnung die Hochfrequenzspule in ihrem Umfangsbereich
um gibt und wobei der Magnet die Gradientenspulenanordnung in ihrem
Umfangsbereich umgibt. Was 1 anbelangt,
zeigt die Seitenelevationsansicht die relative Platzierung jeder der
Komponenten der bildgebenden Vorrichtung. Ein Patient oder Bildgebungsobjekt 200 (nicht
gezeigt, siehe 3) wird innerhalb des zylindrischen
Bildgebungsvolumens 101 platziert, das von der Patientenöffnungsröhre 1 umgeben
wird. Der Patient oder das Objekt 200 wird entlang der
Zentralachse 103 auf einem Patiententisch oder einer Reifenbahre 104 (nicht
gezeigt, siehe 3) in die bildgebende Vorrichtung
eingebracht. Die Zentralachse 103 ist entlang der Achse
der Magnetanordnung parallel zur Richtung des B0-Magnetfeldes
ausgerichtet. Die Öffnungsröhre 1 ist
wünschenswerterweise
aus einem Material hergestellt, das elektrisch schlecht bzw. nicht
leitend ist, wie z. B. aus GVK (glasfaserverstärktem Kunststoff). In dieser
Ausführungsform
ist die HF-Spulenanordnung 2 auf der äußeren Fläche der Patientenöffnungsröhre 1 montiert,
wie bei einer konventionellen Käfig-HF-Spulenanordnung,
wie z. B. bei mehreren Leitungen und kapazitiven Elemente, die entlang
der äußeren Fläche [der]
Patientenöffnungsöffnung 1 beabstandet
sind, so dass ein einheitliches Hochfrequenz(HF)-Magnetfeld aufrechterhalten
wird. Die HF-Spulenanordnung 2 wird
verwendet, um einen Patienten oder ein Objekt 200 einem Hochfrequenz-Magnetfeldimpuls
auszusetzen und um vom Objekt 200 MRI-Informationen zurückzuerhalten,
wie dies auf dem Gebiet der MR-Bildgebung gut bekannt ist. Die Gradientenspulenanordnung 3 liegt
im Umfang in einem beabstandeten koaxialen Verhältnis zu diesem und generiert
auf eine bekannte Art und Weise zeitabhängige Gradienten-Magnetfeldimpulse.
Radial um die Gradientenspulenanordnung 3 angeordnet ist
die Magnetanordnung, die eine Warmbohrung 4, ein Magnetgefäß 6 und
einen Kryostatmantel 7 umfasst, der das statische Magnetfeld erzeugt,
das zur Erzeugung von MRI-Bildern
notwendig ist, wie dies oben beschrieben worden ist.
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Was
weiterhin 1 anbelangt, bezieht sich der
Begriff Warmbohrung 4 im Allgemeinen auf die innere zylindrische
Fläche
der Magnetanordnung. Diese Magnetwarmbohrung besteht typischerweise
aus Metall. Auf der inneren zylindrischen Fläche der Warmbohrung 4 befinden
sich passive magnetische Scheiben 5. Die Scheiben 5 werden
auf bekannte Weise verwendet, um bei dem statischen Magnetfeld kleine
Anpassungen vorzunehmen. Bei den Scheiben handelt es sich typischerweise
um dünne
Eisen- oder Stahlstreifen.
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Was
weiterhin 1 anbelangt, umfasst die bildgebende
Vorrichtung ein Paar von Endaufsätzen 12,
die dem Einschluss der Komponenten der bildgebenden Vorrichtung
dienen. Die Endaufsätze 12 halten
die Patientenöffnungsröhre 1 an
ihrem Platz, indem die Endabschnitte der Patientenöffnungsröhre 1 fixierbar
an der Magnetanordnung befestigt werden. Die Endaufsatzdichtungen 20 erfüllen die
Funktion einer luftdichten Versiegelung zwischen den Endaufsätzen 12 und
der Patientenöffnungsröhre 1,
und erhalten auch den Vakuumraum 11 aufrecht, der dem Einschluss
der Gradientenspulenanordnung 3 dient. Die Endaufsatzdichtungen 20 werden
typischerweise aus nachgiebigem Dichtungsmaterial hergestellt, dessen
Dicke sich zwischen 19,1–25,4
mm (3/4–1 Inch)
bewegt, so dass das gewünschte
Vakuum im Vakuumraum 11 aufrechterhalten wird. Bei den
Endaufsatzdichtungen 20 werden die elastischen Eigenschaften
so ausgewählt,
dass sie eine Vibrationsisolierung zwischen dem Magnetkryostatmantel 7 und den
Endaufsätzen 12 gewährleisten.
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Was 3 anbelangt,
so gehören
zu den weiteren Komponenten der bildgebenden Vorrichtung Stützstrukturen
wie eine Patien tenliege oder Reifenbahre 104, die dazu
dient, das Objekt 200 in das Bildgebungsvolumen 101 einzubringen
und es darin zu positionieren. Die Patienten-Reifenbahre 104 lässt sich
auf eine bekannte Weise entlang der Brücke 102 verschieben,
wie z. B. mit Hilfe von Rollen. Die Brücke 102 wird von einer
vorderen Brückenstütze 105 und
einer hinteren Brückenstütze 106 gestützt. Jede
Brückenstütze ist
am Boden oder der Magnetanordnung befestigt. Ferner ist die Reifenbahren-Elektronikeinheit
mit der Brücke 102 oder
der Reifenbahre 104 verbunden, um die Bewegung der Patienten-Reifenbahre 104 zu
kontrollieren.
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Die
Gradientenspulenanordnung 3 trägt im Allgemeinen durch zwei
Quellen zum akustischen Lärm
in einem MR-Bildgebungssystem bei: 1) Vibrationen aufgrund von (elektromagnetischen)
Lorentz-Kräften,
die auf die Gradientenspulen einwirken, und 2) Lärm aufgrund von Lorentz-Kräften in
elektrisch leitenden Teilen, die nicht im Kontakt mit der Gradientenspulenanordnung
stehen. Die Gradientenspulenanordnung 3 umfasst Gradientenwindungen,
die typischerweise aus Drähten
oder flachen leitenden Streifen bestehen, denen eine Form verliehen wird,
durch welche die gewünschten
Gradientenmagnetfelder erzeugt werden. Die Gradientenwindungsdrähte befinden
sich in einem starken Magnetfeld und sind daher einer Lorentz-Kraft I × B ausgesetzt, wobei I ein Strom in einem beliebigen
Abschnitt des Drahtes und B das
statische Magnetfeld ist. Ferner sind die Stromstärken in
den Drähten
typischerweise hoch und betragen einige hundert Ampere, und die statischen
Magnetfelder können
sich im Bereich von typischerweise 0,5 T bis 8 T bewegen. Folglich
können
die Lorentz-Kräfte
sehr stark sein und beträchtliche
Vibrationen der Gradientenanordnung hervorrufen. Diese Vibrationen
können
wiederum Luft in Bewe gung setzen und hörbare Geräusche hervorrufen. Die Vibrationen
der Gradientenanordnung können auch
mechanisch über
die Magnetsystemstrukturen übertragen
werden und Vibrationen in anderen Teilen der Struktur und infolge
dessen eine Geräuschgenerierung
verursachen. Die zweite Quelle von akustischem Lärm wird durch Lorentz-Kräfte in elektrisch leitenden
Teilen generiert, die nicht im Kontakt mit der Gradientenanordnung
stehen. Beispielsweise werden diese Kräfte erzeugt, weil die gradientengepulsten
Felder in verschiedenen elektrisch leitenden Teilen des MRI-Systems
Wirbelströme
induzieren, und diese Wirbelströme
interagieren mit dem statischen Magnetfeld, so dass sie Lorentz-Kräfte von I × B erzeugen,
wie dies oben beschrieben worden ist.
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Die
HF-Spulenanordnung stellt ebenfalls eine Quelle für akustischen
Lärm bei
einem MR-Bildgebungssystem dar. Bei der HF-Spulenanordnung 2 handelt es
sich typischerweise um eine Großvolumen-HF-Spule,
die in einer Kafig-Konfiguration montiert ist und unter Verwendung
von Leitungen aus geätzten
Mustern hergestellt wird, wobei diese Leitungen typischerweise eine
Breite von einigen Inches aufweisen können. Eine Großvolumen-HF-Spule weist
typischerweise etwa die Hälfte
der Länge
der Patientenöffnung
auf, ist um den gesamten Umfangsbereich der Patientenöffnungsröhre 1 gewickelt
und fest auf der Patientenöffnungsröhre 1 montiert.
Allerdings ist die Großvolumen-HF-Spule
gepulsten Gradientenfeldern von der Gradientenanordnung 3 ausgesetzt.
Diese gepulsten Felder induzieren Wirbelströme in den Leitungen der Großvolumen-HF-Spule,
und die Wirbelströme
rufen in Verbindung mit dem statischen Magnetfeld I × B Lorentz-Kräfte hervor,
die dazu führen,
dass die Patientenöffnungsröhre 1 vibriert.
Diese Vibra tionen erzeugen dann akustischen Lärm, der vom Patienten und den
Bedienern des Systems wahrgenommen werden kann.
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Die
bildgebende Vorrichtung umfasst eine Gradientenspulenanordnung,
eine HF-Spulenanordnung und die Magnetanordnung, wobei jede der
Anordnungen selektiv so konfiguriert ist, dass sie während der
Bildgebung die Generierung und Übertragung
von akustischem Lärm
in der und um die bildgebende Vorrichtung herum reduziert. Die Gradientenspulenanordnung,
die HF-Spulenanordnung,
die Magnetanordnung und andere Komponenten eines MRI-Systems steuern
jeweils Quellen und Leitwege für
akustischen Lärm
bei. Es werden Ausführungsformen
präsentiert,
um den akustischen Lärm
in jeder der Anordnungen zu reduzieren.
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Die
Gradientenspulenanordnung 3 ist wünschenswerterweise so konfiguriert,
dass sie die Vibrationen reduziert, die aufgrund der auf die Gradientenspulen
einwirkenden Lorentz-Kräfte sowie
der Vibrationen auftreten, die aufgrund von elektrisch leitenden
Teilen entstehen, die nicht im Kontakt mit der Gradientenspulenanordnung 3 stehen.
Die Gradientenspulenanordnung weist typischerweise zwei Wicklungen
auf, eine innere und eine äußere, die
von einer Epoxidfüllung
zusammengehalten werden. Die Epoxidfüllung versteift sich auf eine
bekannte Art und Weise und erhöht
das Gewicht der Gradientenanordnung, so dass die Vibrationen und
der daraus resultierende Lärm
reduziert werden. Die Gradientenspulenanordnung 3 ist ferner
so innerhalb der Magnetanordnung montiert, dass sie eine weitere
Vibrationsisolierung gewährleistet.
Was 1 anbelangt, ist jedes Ende der Gradientenanordnung 3 an
einer Klammer 8 befestigt, und eine entsprechende Klammer 9 ist
an jedem entsprechenden Ende des Magnets angebracht. Zwischen den
Klammern 8 und 9 sind nachgiebige Isolationsspuren 10 angeordnet,
die wünschenswerterweise
eine Dicke zwischen 3–10 mm
aufweisen. Die nachgiebigen Isolationsspuren 10 gewährleisten
eine Vibrationsisolierung zwischen der Gradientenanordnung und dem
Magneten, auf dem die Gradientenanordnung so montiert ist, dass die
Vibrationsübertragung
von der Gradientenanordnung zum Magneten oder anderen Teilen des MRI-Systems reduziert
wird. Gemäß der Erfindung wird
die Gradientenspulenanordnung 3 ferner in einem Vakuum 11 angeordnet,
das von der Patientenöffnungsröhre 1,
der Magnetwarmbohrung 4 und den Endaufsätzen 12 begrenzt wird.
Damit es für
die Reduktion von akustischen Lärm
effektiv ist, liegt dieses Vakuum wünschenswerterweise unter 200
Torr.
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Die
Hochfrequenz(HF)-Spulenanordnung 2 ist wünschenswerterweise
so konfiguriert, dass sie den akustischen Lärm reduziert, der während der Bildgebung
generiert wird, indem sie die Vibration der Großvolumen-HF-Spule und den infolge
davon auftretenden Lärm
abschwächt. 4 und 5 zeigen Variationen
von Ausführungsformen
einer lärmreduzierten
HF-Spulenanordnung, um die Vibrationen, die auf Wirbelströme in den
Leitungen der HF-Spulenanordnung 2 zurückzuführen sind, sowie den infolge von
diesen auftretenden Lärm
abschwächen.
Was 4 anbelangt, umfasst die Großvolumen-HF-Spule 400 16
Leitungen 402, die in einer Käfig-Konfiguration um den Zylinder 401 (die äußere Fläche der
Patientenöffnungsröhre 1 der 1, 2 und 3) gewickelt
ist. Es sind Kondensatoren 403 zum vorhanden, um die HF-Spule
in Resonanz zu brignen. In dieser Ausführungsform sind die Leitungen 402 wünschenswerterweise
schmal, so dass der Bereich, der für die Anregung von Wirbelströmen zur
Verfügung steht,
reduziert wird, und so dass die daraus resultierenden Kräfte ebenfalls
gemindert werden. Die Quantität
und Breite der Leitungen 402 wird wünschenswerterweise in Übereinstimmung
mit der gewünschten
Magnetleistung und Magnetfeldeinheitlichkeit ausgewählt. So
wie der Begriff „Breite" hier verwendet wird,
bezieht er sich allgemein auf eine Messung oder Dimension. Konventionelle
Großvolumen-HF-Spulen-Leitungen
sind typischerweise ungefähr
50 mm breit. In der Ausführungsform,
die in 4 gezeigt wird, wird die Breite der Leitungen 402 so
ausgewählt,
dass sie weniger als 50 mm beträgt, so
dass der Bereich, der für
die Anregung von Wirbelströmen
verfügbar
ist, reduziert wird, wodurch zwar der akustische Lärm gemindert
wird, aber eine Beibehaltung der gewünschten HF-Leistung nach wie
vor möglich
ist. Es sei darauf hingewiesen, dass die Breite so ausgewählt wird,
dass dadurch eine gewünschte
HF-Leistung und Wirbelstrom-Reduktion erzielt werden kann. In einer
alternativen Ausführungsform wird
zwischen den Leitungen 402 und dem Zylinder 401 eine
Schicht aus einem akustisch absorbierenden Material eingefügt, um Vibrationen
zwischen den Leitungen 402 und dem Zylinder 401 zu
minimieren.
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In
einer weiteren alternativen Ausführungsform
wird die Lärmreduktion
dadurch erreicht, dass Schnitte in die Leitungen eingebracht werden,
um das Wirbelstrom-Muster zu durchbrechen, was zu einer Reduktion
der Wirbelströme
und der damit verbundenen Lorentz-Kräfte führt.
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Was 5 anbelangt,
wird eine HF-Spule gezeigt, die so konfiguriert ist, dass sie die
Generierung und Übertragung
von akustischem Lärm
reduziert. Die HF-Spulenanordnung 500 umfasst 16 Leitungen 502,
die aus Cu-Röhren
hergestellt sind, welche einen Außendurchmesser haben, der sich
innerhalb eines wünschenswerten
Bereichs von 3 mm bis 12 mm bewegt. Die Leitungen 502 sind
in einer Kafig-Konfiguration um den Zylinder 501 platziert
und mit den Kondensatoren 503 verbunden, die mit der HF-Spule
eine Resonanz bilden. Ferner sind Leitungen 502 wünschenswerterweise
zusammen mit dem Vibrationsisolationsmaterial 504 an der äußeren Fläche des
GVK-Zylinders 501 (die innere Fläche enthält die Patientenöffnungsröhre 1 von 1, 2 und 3)
zwischen den Leitungen und der Patientenöffnungsröhre montiert. Das Vibrationsisolationsmaterial 504 ist
wünschenswerterweise
aus einem nachgiebigem Material konstruiert, das eine Dicke hat,
durch die eine eventuell vorhandene Lücke zwischen den Leitungen 502 und
dem Zylinder 501 wesentlich reduziert wird. Die Streifen 505 werden
verwendet, um die Leitungen 502 und das Vibrationsisolationsmaterial 504 fixierbar
an ihrem Platz auf dem Zylinder 501 zu halten.
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Gemäß der Erfindung
ist die HF-Spulenanordnung im Vakuumraum 11 eingeschlossen.
Die Großvolumen-HF-Spule
ist so beschaffen, dass keinerlei mechanische Verbindung mit der
Patientenöffnungsröhre vorhanden
ist. Was 1 anbelangt, ist die Patientenöffnungsröhre 1 an
ihrer äußeren Fläche im Allgemeinen
mit der HF-Spulenanordnung gekoppelt. In dieser Ausführungsform
wird die HF-Spulenanordnung 2 wünschenswerterweise so montiert, dass
einen Kontakt mit der Patientenöffnungsröhre 1 verhindert
wird, und dass sie statt dessen an der Innenseite der Gradientenanordnung 3 montiert
wird. In dieser Ausführungsform
kann berücksichtigt
werden, dass akustischer Lärm
von der HF-Spulenanordnung nicht über mechanische Mittel oder
durch die Luft direkt zu der Patientenöffnungsröhre übertragen wird, da [sie] sich
nun vollständig
innerhalb des Vakuumraums 11 befindet.
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In
weiteren Ausführungsformen
der bildgebenden Vorrichtung ist die Magnetanordnung wünschenswerterweise
so konfiguriert, dass sie die Generierung und Übertragung von akustischem
Lärm in der
und um die bildgebende Vorrichtung herum reduziert. Eine Quelle
von akustischem Lärm
in der Magnetanordnung wird auf passive Scheiben 5 zurückgeführt. Typischerweise
handelt es sich bei den Scheiben um dünne Stahlplatten. In diesen
Stahlplatten können
durch gepulste Magnetfelder, die von der Gradientenanordnung herrühren, Wirbelströme induziert
werden, und die Wirbelströme
[können],
wie dies oben beschrieben wurde, in Verbindung mit dem statischen
Magnetfeld I × B Lorentz-Kräfte erzeugen,
die dazu führen,
dass die Magnetwarmbohrung 4 vibriert. Diese Vibrationen
können
(sofern kein Vakuum vorhanden ist) über die Luft oder über mechanische Leitwege
durch das Kryostat zu der Patientenöffnungsröhre in den Außenbereich übertragen
werden. Die infolge dessen auftretenden Vibrationen der Außenseite
des Magnetkryostats oder der Patientenöffnungsröhre erzeugen beträchtlichen
akustischen Lärm,
der vom Patienten und den Bedienern des MRI-Systems wahrgenommen
wird.
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Was 1 anbelangt,
werden die passiven Scheiben 5 wünschenswerterweise aus fein
getrenntem magnetischem Material hergestellt, das mit einem nichtleitenden
Polymer wie Epoxid gemischt und dann zu Platten geformt wird. In
dieser Ausführungsform
werden die Scheiben 5 wünschenswerterweise
mit einem Stahlpulver Masche 100 (Ancorsteel 300 SC) und Polyethylen
(Dowlex 2045, Dichte ρPE =
0,92 g/cm3) konstruiert, die gemischt, in
eine Dicke zwischen 0,25–1,3
mm gepresst und in Streifen geschnitten werden, Diese Platten haben
magnetische Eigenschaften, welche magnetisches Flattern ermöglichen,
wobei aber das elektrisch schwach oder nicht leitende Scheibenmaterial
vorteilhafterweise keine Wirbelströme begünstigt, so dass die Scheiben 5 nicht
vibrieren, wenn sie gepulsten Gradientenfeldern ausgesetzt werden.
Passive Scheiben 5 werden wünschenswerterweise von den
Magnetwarmbohrungsvibrationen isoliert. In einer Ausführungsform wird
eine Schicht aus Vibrationsisolationsmaterial zwischen die Scheiben
und die Magnetbohrung eingebracht. In dieser Ausführungsform
wird eine weitere Übertragung
von eventuell vorhandener Vibrationsenergie von den Scheiben zu
der Magnetwarmbohrung günstigerweise
reduziert.
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Die
Warmbohrung der Magnetanordnung stellt ebenfalls eine Quelle für akustischen
Lärm dar. Die
Magnetwarmbohrung besteht typischerweise aus einem elektrisch leitenden
Material und kann daher auch Wirbelströme begünstigen, die durch gepulste Gradientenmagnetfelder
generiert werden. Die daraus resultierende Vibration der Warmbohrung
kann akustischen Lärm
generieren, der durch die Luft oder durch mechanische Vibrationen
zu dem Patienten oder den Bedienern des MRI-Systems übertragen wird.
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Die
Magnetwarmbohrung 4 ist wünschenswerterweise so konfiguriert,
dass sie die Generierung und Übertragung
von akustischem Lärm
reduziert. In einer Ausführungsform
besteht die Magnetwarmbohrung 4 wünschenswerterweise aus elektrisch
nicht leitfähigem
Material, z. B. GVK (glasfaserverstärktem Kunststoff). In einer
weiteren Ausführungsform
verhindert ein Vakuum, von welchem die Magnetwarmbohrung umgeben
wird, dass über
die Luft Schall von der Magnetwarmbohrung übertragen wird. Es kann dafür gesorgt
werden, dass die Dichtung zwischen der Magnetwarmbohrung und der übrigen Magnetstruktur
eine Vibrationsisolierung sowie einen Vakuumdichtung gewährleistet.
Wenn die Warmbohrung durch die Dichtung von der übrigen Magnetstruktur vibrationsisoliert
werden kann, werden Vibrationen, die durch Gradientenmagnetfeldimpulse
in die Warmbohrung induziert werden, nicht mechanisch zu der Außenseite
des Kryostatmantels 7 übertragen. Daher
kann die Isolierung der Magnetwarmbohrung über ein Vakuum plus die Isolierung
der Magnetwarmbohrung durch mechanische Isolierung in günstiger
Weise die Fähigkeit
der von der Warmbohrung herrührenden
Vibrationen vermeiden oder senken, akustischen Lärm zu erzeugen, welcher vom
Patienten oder dem Bediener des MRI-Systems gehört werden könnte. In einer weiteren Ausführungsform
ist der GVK günstigerweise
mit einer sehr dünnen
(Mikrons oder Submikrons dicken) Metallschicht beschichtet (metallisiert),
so dass das Hindurchdringen von Gasen oder Wasser aus der Atmosphäre durch die
Oberfläche
der Warmbohrung reduziert wird. Wenn die Metallschicht ausreichend
dünn gestaltet wird
(mit einer Dicke von Mikrons oder Submikrons), werden Wirbelströme in den
Metallschichten deutlich minimiert, was ebenso für die infolge davon auftretenden,
durch Wirbelströme
induzierten Vibrationen gilt.
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Was
weiterhin 2 anbelangt, umfasst die Magnetanordnung
Aufhängeelemente 13,
die so konfiguriert sind, dass sie die Übertragung von akustischem
Lärm reduzieren.
Das Magnetgefäß 6 ist durch
dünne Aufhängeelemente 13 mit
dem Kryostatmantel 7 verbunden. Diese Bauteile sind typischerweise
so gestaltet, dass sie den Wärmefluss vom
Kryostatmantel 7 zum Magnetgefäß 6 mitsamt dem superleitfähigen Magneten
minimieren. In dieser Ausführungsform
sind die Aufhängeelemente 13 so konstruiert,
dass sie günstigerweise
eine Vibrationsisolierung des Magnetgefäßes 6 von dem Kryostatmantel 7 gewährleisten.
In dieser Ausführungsform umfasst
das Aufhängeelement 13 eine
Blockiermasse 15, die an der Mitte der Aufhängestreifens 14 angebracht
ist. Die Blockiermasse 15 ist aus elektrisch nicht leitendem
Material hergestellt. Die Streifen 14 können, wie gut bekannt ist,
aus Kohlenfasermaterial konstruiert werden. Die Übertragung von hohen Frequenzen
entlang der Aufhängeelemente 13 wird günstigerweise
reduziert, indem die Masse 15 an der Mitte der Aufhängeelemente
angebracht wird, wodurch ein Vibrationsimpedanz-Unterschied erzeugt wird,
der die Tendenz zeigt, Energie zu reflektieren, die entlang der
Aufhängeelemente
wandert.
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Weitere
Ausführungsformen
der Magnetanordnung umfassen Ausführungsformen des Kryostatmantels 7,
die akustischen Lärm
reduzieren, welcher auf den Kryostatmantel zurückzuführen ist. Der Kryostatmantel
ist im Allgemeinen metallisch und besteht typischerweise aus Stahl
oder Edelstahl. Vibrationen des Kryostatmantels, ob sie nun als
direkte elektromagnetische Anregung von den gepulsten Gradientenmagnetfeldern
oder als Resultat von mechanisch übertragenen Vibrationen auftreten,
welche ihren Ursprung an einer anderen Stelle des Geräts haben, können zu
akustischem Lärm
führen,
der von dem Patienten oder dem Bediener des MRI-Systems wahrgenommen
werden kann.
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In
einer weiteren Ausführungsform
besteht der Kryostatmantel 7 wünschenswerterweise aus elektrisch
nicht leitenden Materialien wie GVK. In einer weiteren Ausführungsform
wird der GVK wünschenswerterweise
mit einer sehr dünnen
(Mikrons oder Submikrons dicken) Metallschicht überzogen (metallisiert), so
dass das Durchdringen von Gasen oder Wasser aus der Atmosphäre durch
den Kryostatmantel gemindert wird. Wenn die Metallschicht ausreichend
dünn gestaltet
wird (mit einer Dicke von Mikrons oder Submikrons), werden Wirbelströme in den
Metallschichten wesentlich minimiert, ebenso wie die infolge davon
auftretenden, durch Wirbelströme
induzierten Vibrationen.
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Was
weiterhin 2 anbelangt, wird der Kryostatmantel 7 in
einer weiteren Ausführungsform
mit einer Schicht 17 von akustischem Material abgedeckt,
die potentielle Vibrationen blockiert und absorbiert, wodurch Emissionen
von akustischem Lärm
in den Raum und die Patientenöffnungsröhre 1 hinein ver hindert
werden. Bei der Schicht 17 handelt es sich um ein Material,
wie z. B. offenzelligen Schaum, welches für die akustische Absorption
gedacht ist, wie z. B. „Soundfoam" von der Soundcoat
Company, wobei es in dieser Ausführungsform
es eine Dicke von ungefähr
6 mm bis 13 mm aufweist. Ferner wird zwischen der Schicht 17 und
dem Kryostatmantel eine Schicht von Constrained-Layer-Dämpfern (CLD)
eingebracht, die wünschenswerterweise
in Form von Streifen auf den Kryostatmantel aufgebracht werden. Ein
CLD besteht im Allgemeinen aus einer dünnen Platte, auf die ein akustisch
dämpfendes
Material aufgebracht wird. Das CLD-Material wird auf die zu dämpfende
Struktur (Kryostatmantel 7) aufgebracht, so dass das Dämpfungsmaterial
zwischen der dünnen
Platte und der Struktur eingeschlossen ist. Während die Vibrationen durch
die Struktur übertragen werden,
verbiegt sich die Struktur, und die nachfolgende Scherung zwischen
der Struktur und der dünnen
Platte erzeugt eine Dämmung
in dem eingeschlossenen akustischen Dämmungsmaterial. Dieses Material
kann bei der Aufhebung der Wirkung von mechanischen Resonanzen effektiv
sein, die häufig
die Tendenz zeigen, die Geräuschpegel
zu erhöhen.
In einer weiteren Ausführungsform
wird CLD-Material 100 auf die innere Fläche der Warmbohrung 4 aufgebracht.
In einer weiteren Ausführungsform
wird CLD-Material 100 auf die inneren und/oder äußeren Flächen der
Gradientenanordnung 3 aufgebracht.
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Weitere
alternative Ausführungsformen
umfassen Montageanordnungen, die dazu dienen, Vibrationen sowie
den aus diesen resultierenden akustischen Lärm zu verhindern. Beispielsweise
können Vibrationen
des Kryostatmantels auch über
den mechanischen Weg, welcher vom Kryostatmantel 7 zu den
Endaufsätzen 12 und
zu der Patientenöffnungsröhre führt, zur
Patientenöffnungsröhre übermittelt werden.
In einer Ausführungsform
zur Montage der Magnetanordnung wird der mechanische Weg günstigerweise
durchbrochen, indem sichergestellt wird, dass die Dichtungen 20 zwischen
den Endaufsätzen 12 und
dem Kryostatmantel 7, welcher das Vakuum um die Gradientenanordnung
herum aufrechterhält, auch
als Vibrationsisolierung dienen. In dieser Ausführungsform wird verhindert,
dass Vibrationen von Kryostat zu der Patientenöffnungsröhre übertragen werden. Die Dichtungen 20 werden
so gewählt,
dass sie eine Isolierung zwischen dem Kryostatmantel 7 und
den Endaufsätzen 12 gewährleisten.
Eine Ausführungsform
umfasst Dichtungen 20, die aus einem Dichtungsringmaterial
wie Durmeter 40 Buna-N Gummi oder anderen solchen Materialien
bestehen.
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Was
weiterhin 2 anbelangt, umfasst die Patientenöffnungsröhre 1 in
einer weiteren Ausführungsform
eine Schicht aus akustisch absorbierendem Material wie „Soundfoam", das auf [ihrer]
inneren Fläche
angeordnet ist. Die Patientenöffnungsröhre wird
typischerweise aus einem steifen, elektrisch schwach oder nicht
leitendem Material wie GVK (glasfaserverstärktem Kunststoff) hergestellt.
Die Patientenöffnungsröhre 1 kann
mechanische Resonanzen aufweisen, die dazu tendieren würden, Vibrationen
zu verstärken,
welche über
einen mechanischen Kontakt oder die Luft zu der Patientenröhre hin übertragen
werden. In einer weiteren Ausführungsform kann
die Dämmung
bei den Patientenröhrenresonanzen
herbeigeführt
werden, indem ein nicht leitender Constrained-Layer-Dämpfer (CLD) 100 angewendet wird,
wie z. B. in Form von Streifen, die an die äußere und innere Fläche der
Patientenöffnungsröhre 1 [aufgebracht
werden].
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Was 6 anbelangt,
wird dort eine weitere Ausführungsform
zur Reduktion einer Quelle von akustischem Lärm gezeigt, welcher aufgrund
der Kabel auftritt, welche die Gradientenspulen mit Strom versorgen.
Die Kabel, welche die Gradientenspulen mit Strom versorgen, tragen
hohe Stromstärken,
die typischerweise 200 A oder mehr betragen, und können daher
großen
Lorentz-Kräften
unterworfen sein. Was 1 anbelangt, verlaufen Kabel
oder Drähte (nicht
gezeigt) über
die Gradienten-Durchgangsanordnung 600 durch
einen der Endaufsätze 12.
Diese Kabel müssen
von einer externen Stromquelle zu der Gradientenanordnung verlaufen
und müssen
daher die Vakuumhülle
durchqueren. Die großen
Lorentz-Kräfte,
die auf die Gradientenkabel einwirken, führen unerwünschterweise dazu, dass die
Drähte
vibrieren. Wenn die Gradientenkabel-Durchgangsanordnungen starr an die Endaufsätze 12 angebracht sind,
können
die auf die Gradientenkabel einwirkenden Kräfte dazu führen, dass die Endaufsätze 12 vibrieren.
Dies ist unerwünscht,
da die Vibration der Endaufsätze,
die einen relativ großen
Bereich einnehmen, daraufhin ein großes Luftvolumen in Bewegung
setzen und ein Geräusch
von hoher Intensität erzeugen
kann.
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Was
weiterhin 6 anbelangt, ist die Gradientenkabel-Durchgangsanordnung 600 so
konstruiert, dass sie das Problem der Übertragung von Vibrationen
zu den Endaufsätzen 12 hin
mindert. In dieser Ausführungsform
ist die Endaufsatzwand 601 mit einer Freiraumöffnung 602 ausgestattet,
so dass es möglicht
wird, dass Strom von einer externen Stromquelle durch die Endaufsatzwand 601 hindurchläuft. Die
Windungsstange 603 durchquert die Freiraumöffnung 602 und
die Gummischeiben 604, und die Windungsstange 603 dient
als elektrischer Leiter für
den Strom, der von den Drähten 608 weitergeleitet
wird, welche durch Muffen 607 befestigt sind. So dienen Drähte 608,
Muffen 607 und die Windungsstange 603 als Leitungsweg
für den
Strom. Ferner sind Unterlegescheiben 605 und Muttern 606 vorhanden,
um die Durchgangsanordnung 600 an der Fläche der
End aufsatzwand 601 zu befestigen, wobei die Muttern 606 auch
als ein Teil des Leitungswegs dienen. An jede Seite der Endaufsatzwand 601 liegt
ein Paar von Isolationsvorrichtungen 604 an, die aus einem
elektrisch isolierenden Material bestehen, wie z. B. aus weichen,
eng anliegenden Gummiabstandhaltern. Günstigerweise ermöglicht das
Gummi-Isolationsmaterial, dass die Durchgangsanordnung einen kleinen Bewegungsbereich
nach innen, außen
und in geneigter Richtung hat, wodurch Vibrationen und der daraus
resultierende akustische Lärm
reduziert werden. Außerdem
dienen die Isolationsvorrichtungen 604 auch dazu, eine
luftdichte Abdichtung zu erzeugen, so dass das Vakuum aufrechterhalten
wird.
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Was 3 anbelangt,
so kann eine weitere Quelle und ein Leitweg für akustischen Lärm auf die Reifenbahren-Elektronikeinheit 300 zurückgeführt werden,
diejenige Elektronikeinheit, die verwendet wird, um die Signale
von verschiedenen HF-Spulen mit der Systemelektronik zu verbinden,
welche sich typischerweise außerhalb
des Scanners befindet. Typischerweise enthält die Reifenbahrenelektronikeinheit 300 elektronische
Module mit Metallteilen, die wiederum Wirbelströme erzeugen können, wenn
sie den gepulsten Bildgebungsgradienten ausgesetzt werden, und diese
Wirbelströme
können
zu Vibrationen und daraus resultierender Geräuschgenerierung führen. Einige
typische elektronische Module können Vorverstärker oder
andere elektronische Schaltkreise sein, die in Metallbehältern enthalten
sind, wobei sie typischerweise Dimensionen von ungefähr 50 mm oder
mehr haben. Wenn diese Elektronik starr auf ein Gestell geschraubt
wird, welches die Elektronik trägt und
an der Patientenliege 104 angebracht oder während der
Bildgebung anderweitig in das Bildgebungsvolumen eingebracht wird,
können
die Vibrationen der Elektronik die Reifenbahre oder Liege zum Vibrieren
bringen. Da die Rei fenbahre einen relativ großen Oberflächenbereich aufweisen kann,
kann durch ihre Vibration effizient ein akustisches Geräusch erzeugt
werden. Daher ist es wünschenswert,
die Elektronik in Bezug auf die Vibration zu isolieren und zu vermeiden,
dass irgendein von der Elektronik herrührendes Geräusch zum Patienten oder dem
Bediener des Systems durchdringt.
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In
einer weiteren Ausführungsform
ist es wünschenswert,
die Elektronikmodule in der Einheit 300 zu isolieren, indem
man sie auf einem vibrationsabsorbierenden oder -isolierenden Material
platziert, wie z. B. auf Gummischeiben im Inneren der Einheit 300,
so dass das Gummi tendenziell verhindert, dass Vibrationen der Elektronik
das Gestell erreichen. Zusätzlich
kann die Kontrolleinheit 300 mit geräuschabsorbierendem Material
wie offenzelligem Akustikschaum oder einer Glasfaserwattierung umgewickelt werden.