DE60317706T2

DE60317706T2 - Kernspintomograph mit einem gradientensystem

Info

Publication number: DE60317706T2
Application number: DE60317706T
Authority: DE
Inventors: Nicolaas B. Roozen; Cornelis L. Ham; Paul R. Harvey; Patrick W. Limpens
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2002-11-15
Filing date: 2003-10-27
Publication date: 2008-10-30
Anticipated expiration: 2023-10-28
Also published as: WO2004046744A1; US7053616B2; CN100434929C; AU2003274486A1; JP2006506156A; DE60317706D1; EP1576383B1; CN1711480A; EP1576383A1; US20050285594A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Magnetresonanzbildgebungssystem (engl. Magnet Resonance Imaging, MRI) mit einem Untersuchungsvolumen, einem Hauptmagnetsystem, um im Untersuchungsvolumen in Z-Richtung ein Hauptmagnetfeld zu erzeugen, einem Gradientenmagnetsystem, um Gradienten des Hauptmagnetfelds zu erzeugen, und einem Antivibrationssystem, um Vibrationen des Gradientenmagnetsystems zu reduzieren, die während des Betriebs durch eine auf das Gradientenmagnetsystem ausgeübte mechanische Belastung infolge einer elektromagnetischen Wechselwirkung zwischen dem Hauptmagnetfeld und elektrischen Strömen im Gradientenmagnetsystem verursacht werden.
Ein MRI-System der im einleitenden Absatz erwähnten Art ist aus dem Dokument US-A-5.617.026 bekannt. Das bekannte MRI-System dient dazu, mit Hilfe eines kernmagnetischen Resonanzverfahrens (NMR-Verfahren) Bilder von den inneren Organen eines Patienten zu machen. Beim bekannten MRI-System umfasst das Hauptmagnetsystem eine Reihe von supraleitenden elektrischen Spulen, die in einem Tieftemperaturbehältnis untergebracht sind. Folglich ist das vom Hauptmagnetsystem erzeugte Hauptmagnetfeld relativ stark, weswegen starke kernmagnetische Resonanzeffekte erzielt werden. Das Gradientenmagnetsystem umfasst eine Reihe elektrischer Spulen, um in drei orthogonalen Richtungen Gradienten des Hauptmagnetfelds zu erzeugen. Indem man an einer Vielzahl von Stellen im Körper des Patienten, die nach und nach durch Veränderung der genannten Gradienten ausgewählt werden, aufeinanderfolgende kernmagnetische Resonanzeffekte beobachtet, wird ein Bild vom Körper des Patienten erstellt. Um eine für die Untersuchung erforderliche, akzeptable Gesamtzeitdauer zu erreichen, werden die Gradienten des Hauptmagnetfelds mit relativ hohen Frequenzen geändert, was zur Folge hat, dass sich die elektrischen Ströme in den Spulen des Gradientenmagnetsystems ebenfalls mit hohen Frequenzen ändern.
Aufgrund der elektromagnetischen Wechselwirkung zwischen dem Hauptmagnetfeld und den sich ändernden elektrischen Strömen im Gradientenmagnetsystem ist das Gradientenmagnetsystem während des Betriebs des bekannten MRI-Systems sich ändernden mechanischen Belastungen ausgesetzt, insbesondere Lorentz-Kräften. Ohne zu sätzliche Maßnahmen würden die genannten mechanischen Belastungen zu mechanischen und akustischen Vibrationen des Gradientenmagnetsystems fuhren, und die genannten Vibrationen wiederum würden zu Verzerrungen der vom MRI-System erzeugten Bilder und zu unzulässig starker akustischem Rauschen im Untersuchungsvolumen und um das MRI-System herum führen. Das bekannte MRI-System umfasst ein Antivibrationssystem, um die genannten Vibrationen des Gradientenmagnetsystems zu reduzieren. Das genannte Antivibrationssystem umfasst eine Vielzahl von piezoelektrischen Vorrichtungen, die in den zylindrischen Spulenträger des Gradientenmagnetsystems eingebettet sind. Während des Betriebs werden die genannten piezoelektrischen Vorrichtungen so mit Energie versorgt, dass lokale Deformationen des Trägers infolge der mechanischen Lasten, denen die Spulen des Gradientenmagnetsystems ausgesetzt sind, insbesondere der Lorentz-Kräfte, durch kompensierende Deformationen der piezoelektrischen Vorrichtungen aufgehoben werden. Obwohl die mechanischen und akustischen Vibrationen des Gradientenmagnetsystems durch die genannten kompensierenden Deformationen in gewissem Maße reduziert werden, ist der Grad der verbleibenden mechanischen und akustischen Vibrationen des Gradientenmagnetsystems beim bekannten MRI-System noch beträchtlich.
Eine Aufgabe der Erfindung ist es, ein Magnetresonanzbildgebungssystem (MRI-System) der im einleitenden Absatz erwähnten Art zu schaffen, bei dem während des Betriebs mechanische und akustische Vibrationen infolge mechanischer Lasten, denen das Gradientenmagnetsystem ausgesetzt ist, weiter reduziert werden, so dass unzulässige Verzerrungen der vom MRI-System erzeugten Bilder und unzulässige akustische Vibrationen in und um das MRI-System herum möglichst vermieden werden.
Um das genannte Ziel zu erreichen, ist ein erfindungsgemäßes Magnetresonanzbildgebungssystem dadurch gekennzeichnet, dass das Antivibrationssystem ein Ausgleichselement hat, das über ein Stellgliedsystem und eine Kopplungsvorrichtung, die Verlagerungen des Ausgleichselements relativ zum Gradientenmagnetsystem zulässt, mit dem Gradientenmagnetsystem gekoppelt ist, wobei das MRI-System ein Steuerungssystem hat, um das Stellgliedsystem so zu steuern, dass es während des Betriebs eine kompensierende mechanische Belastung auf das Ausgleichselement ausübt, die im Wesentlichen der auf das Gradientenmagnetsystem ausgeübten mechanischen Belastung entspricht. Aufgrund der Tatsache, dass das genannte Stellgliedsystem die genannte mechanische Belastung auf das genannte Ausgleichselement ausübt, übt das genannte Stellgliedsystem auf das Gradientenmagnetsystem eine mechanische Reaktionsbelastung aus, die im Wesentlichen gleich, jedoch entgegengesetzt derjenigen mechanischen Belastung gerichtet ist, die infolge der elektromagnetischen Wechselwirkung zwischen dem Hauptmagnetfeld und den elektrischen Strömen im Gradientenmagnetsystem auf das Gradientenmagnetsystem ausgeübt wird. Folglich wird die aus der genannten elektromagnetischen Wechselwirkung resultierende mechanische Belastung im Wesentlichen durch die genannte mechanische Reaktionslast aufgehoben, so dass die aus der genannten mechanischen Belastung resultierenden mechanischen und akustischen Vibrationen wirksam reduziert werden. Die Kopplungsvorrichtung ist dergestalt, dass sie dem Ausgleichselement genügend Bewegungsfreiheit relativ zum Gradientenmagnetsystem bietet, damit die auf das Ausgleichselement ausgeübte kompensierende mechanische Belastung in Verlagerungen des Ausgleichselements relativ zum Gradientenmagnetsystem umgewandelt wird. Das Ausgleichselement hat eine ausreichend große Masse und/oder ein ausreichend großes Trägheitsmoment, so dass die resultierenden Verlagerungen und Vibrationen des Ausgleichselements möglichst stark begrenzt werden.
Eine spezielle Ausführungsform eines erfindungsgemäßen MRI-Systems ist dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerungssystem dem Stellgliedsystem während des Betriebs ein Steuersignal entsprechend der kompensierenden mechanischen Belastung zuführt, wobei das Steuerungssystem das genannte Steuersignal als eine Funktion des Werts der elektrischen Ströme im Gradientenmagnetsystem festlegt. Da das Hauptmagnetfeld eine vorgegebene Stärke und Ausrichtung hat und die momentanen elektrischen Ströme im Gradientenmagnetsystem von einer Pulssequenzsteuereinheit des MRI-Systems festgelegt werden, können die aufgrund der elektromagnetischen Wechselwirkung zwischen dem Hauptmagnetfeld und den elektrischen Strömen im Gradientenmagnetsystem auf das Gradientenmagnetsystem ausgeübte mechanische Belastung und die erforderliche kompensierende mechanische Belastung präzise vom Steuerungssystem vorhergesagt werden. Infolgedessen schafft diese spezielle Ausführungsform eine präzise Kompensation der auf das Gradientenmagnetsystem ausgeübten mechanischen Belastungen, so dass der Wirkungsgrad des Antivibrationssystems weiter verbessert wird.
Eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen MRI-Systems ist dadurch gekennzeichnet, dass das Gradientenmagnetsystem ein Sensorsystem umfasst, das während des Betriebs verbleibende Vibrationen des Gradientenmagnetsystems misst und dem Steuerungssystem ein Messsignal entsprechend den gemessenen Restvibrationen des Gradientenmagnetsystems zuführt, wobei das Steuerungssystem das Steuersignal derart anpasst, dass die gemessenen Restvibrationen des Gradientenmagnetsystems kleiner sind als ein vorgegebener Schwellenwert. Bei dieser weiteren Ausführungsform werden verbleibende Vibrationen des Gradientenmagnetsystems, die beispielsweise aufgrund geringer Differenzen zwischen den tatsächlichen mechanischen Belastungen des Gradientenmagnetsystem und den vom Steuerungssystem vorhergesagten mechanischen Belastungen vorhanden sein können, vom Steuerungssystem in Zusammenarbeit mit dem Sensorsystem wirksam aufgehoben. Dadurch wird der Wirkungsgrad des Antivibrationssystems weiter verbessert.
Eine spezielle Ausführungsform eines erfindungsgemäßen MRI-Systems ist dadurch gekennzeichnet, dass das Stellgliedsystem piezoelektrische Stellglieder hat. Da es in den genannten Stellgliedern keine elektrisch leitenden Materialien gibt, hat das Vorhandensein der piezoelektrischen Stellglieder im MRI-System im Wesentlichen keinen Einfluss auf das Magnetfeld im Untersuchungsvolumen. Darüber hinaus haben die Steuersignale, mit denen die piezoelektrischen Stellglieder betätigt werden, relativ geringe Stromwerte, so dass die Steuersignale nur relativ kleine Störmagnetfelder verursachen.
Eine spezielle Ausführungsform eines erfindungsgemäßen MRI-Systems ist dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgleichselement einen elektrischen leitenden Teil hat, der in einem Teil des Magnetfelds des Hauptmagnetsystems angeordnet ist. Wenn das Ausgleichselement infolge der darauf ausgeübten kompensierenden, mechanischen Belastung relativ zum Gradientenmagnetsystem verlagert wird, werden durch das Magnetfeld des Hauptmagnetsystems Wirbelströme im genannten elektrisch leitenden Teil erzeugt. Infolge der elektromagnetischen Wechselwirkung zwischen dem genannten Magnetfeld und den genannten Wirbelströmen werden auf den genannten elektrisch leitenden Teil Lorentz-Kräfte in einer Richtung ausgeübt, die derjenigen, in der das Ausgleichselement verlagert wird, entgegengesetzt ist, so dass die Verlagerungen und Vibrationen des Ausgleichselements relativ zum Gradientenmagnetsystem wirksam gedämpft werden. Infolgedessen wird der Wirkungsgrad des Antivibrationssystems weiter verbessert. Wenn man geeignete Abmessungen des elektrisch leitenden Teils und eine geeignete Ausrichtung des elektrisch leitenden Teils im Magnetfeld des Hauptmagnetsystems wählt, wird die genannte Dämpfungswirkung beträchtlich, so dass man die für eine ausreichende Begrenzung der Verlagerungen und Vibrationen des Ausgleichselements erforderliche Masse und/oder das erforderliche Trägheitsmoment des Ausgleichselements reduzieren kann.
Eine spezielle Ausführungsform eines erfindungsgemäßen MRI-Systems ist dadurch gekennzeichnet, dass das MRI-System eine erste Magneteinheit sowie, mit Ab stand zur ersten Magneteinheit, eine zweite Magneteinheit hat und sich das Untersuchungsvolumen zwischen der ersten und der zweiten Magneteinheit befindet, wobei die erste und die zweite Magneteinheit einen ersten Teil bzw. einen zweiten Teil des Hauptmagnetsystems und einen ersten Teil bzw. einen zweiten Teil des Gradientenmagnetsystems umfassen, und wobei der erste Teil und der zweite Teil des Gradientenmagnetsystems über ein separates Stellgliedsystem und eine separate Kopplungsvorrichtung, die zumindest Drehungen der jeweiligen Ausgleichselemente relativ zum jeweiligen Teil des Gradientenmagnetsystems um eine erste und eine zweite, zueinander senkrechte und zur Z-Richtung senkrechte Rotationsachse zulässt, beide mit einem separaten Ausgleichselement gekoppelt sind, wobei das Steuerungssystem jedes Stellgliedsystem so steuert, dass jedes Stellgliedsystem während des Betriebs zumindest kompensierende mechanische Drehmomente um die erste und die zweite Rotationsachse auf das jeweilige Ausgleichselement ausübt, die im Wesentlichen den mechanischen Drehmomenten entsprechen, die aufgrund der elektromagnetischen Wechselwirkung zwischen dem Hauptmagnetfeld und den elektrischen Strömen im jeweiligen Teil des Gradientenmagnetsystems auf den entsprechenden Teil des Gradientenmagnetsystems ausgeübt werden. In dieser speziellen Ausführungsform ist das MRI-System eines vom so genannten offenen Typ, wobei das Untersuchungsvolumen für den Patienten und das medizinische Personal aufgrund der Tatsache leicht zugänglich ist, dass das Hauptmagnetsystem und das Gradientenmagnetsystem mit Abstand zueinander in zwei separaten Magneteinheiten untergebracht sind. Diese spezielle Ausführungsform der Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass in einem solchen offenen MRI-System die mechanischen und akustischen Vibrationen des Gradientenmagnetsystems überwiegend durch mechanische Drehmomente verursacht werden, die infolge der elektromagnetischen Wechselwirkung zwischen dem Hauptmagnetfeld und den elektrischen Strömen im Gradientenmagnetsystem auf den ersten und den zweiten Teil des Gradientenmagnetsystems um Achsen senkrecht zur Z-Richtung des Hauptmagnetfelds ausgeübt werden. Da in dieser Ausführungsform der erste und der zweite Teil des Gradientenmagnetsystems jeweils über ein separates Stellgliedsystem mit einem separaten Ausgleichselement gekoppelt sind und jedes Stellgliedsystem zumindest kompensierende mechanische Drehmomente um die genannte erste und die genannte zweite Rotationsachse auf das jeweilige Ausgleichselement ausübt, welche im Wesentlichen den mechanischen Drehmomenten entsprechen, die auf den jeweiligen Teil des Gradientenmagnetsystems um die genannten Achsen ausgeübt werden, werden die genannten mechanischen Drehmomente im Wesentlichen durch die vom jeweiligen Stellgliedsystem auf den entsprechenden Teil des Gradientenmagnetsystems ausgeübten mechanischen Reaktionsdrehmomente aufgehoben. Auf diese Weise wird ein überwiegender Teil der mechanischen und akustischen Vibrationen des Gradientenmagnetsystems wirksam reduziert. Die Kopplungsvorrichtung zwischen jedem Teil des Gradientenmagnetsystems und dem entsprechenden Ausgleichselement ist relativ einfach, weil die Kopplungsvorrichtung lediglich Drehungen des Ausgleichselements um die genannte erste und zweite Rotationsachse zulassen muss.
Eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen MRI-Systems ist dadurch gekennzeichnet, dass jedes Stellgliedsystem drei Stellglieder umfasst, die in einer Richtung parallel zur Z-Richtung jeweils eine kompensierende Kraft auf das entsprechende Ausgleichselement ausüben. Die genannten drei Stellglieder erzeugen auf praktische und wirksame Weise die erforderlichen kompensierenden mechanischen Drehmomente um die erste und die zweite, senkrecht zur Z-Richtung verlaufende Rotationsachse.
Eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen MRI-Systems ist dadurch gekennzeichnet, dass sich der erste und der zweite Teil des Gradientenmagnetsystems in einem dem Untersuchungsvolumen gegenüberliegenden Teil der entsprechenden Magneteinheit befinden, sowie dadurch, dass sich das jeweilige Ausgleichselement auf einer entfernt vom Untersuchungsvolumen liegenden Seite der entsprechenden Magneteinheit befindet, wobei der entsprechende Teil des Gradientenmagnetsystems und das entsprechende Ausgleichselement über ein Verbindungselement miteinander verbunden sind, das in einer zentralen Kammer in der jeweiligen Magneteinheit und im entsprechenden Teil des Hauptmagnetsystems untergebracht ist. Seitlich an jeder Magneteinheit, entfernt vom Untersuchungsvolumen, ist relativ viel Platz für das Ausgleichselement vorhanden. Speziell auf dieser Seite können Teile des Ausgleichselements in relativ großen Abständen von der ersten und der zweiten Rotationsachse angeordnet werden, so dass bei einer begrenzten Gesamtmasse des Ausgleichselements relativ große Trägheitsmomente um die genannten Achsen erzielt werden. Dadurch werden die Winkelverlagerungen der Ausgleichselemente um die erste und die zweite Rotationsachse, die infolge der auf die Ausgleichselemente ausgeübten kompensierenden, mechanischen Drehmomente erzeugt werden, beträchtlich reduziert.
Noch eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen MRI-Systems ist dadurch gekennzeichnet, dass jedes der drei Stellglieder ein in der zentralen Kammer der entsprechenden Magneteinheit angeordnetes piezoelektrisches Stellglied ist. Bei dieser Ausführungsform wird der verfügbare Raum in den zentralen Kammern effizient genutzt, um die piezoelektrischen Stellglieder unterzubringen. Ein zusätzlicher Vorteil ist, dass die piezoelektrischen Stellglieder in relativ kurzem Abstand von der ersten und der zweiten Rotationsachse angeordnet sind. Dadurch werden die Längsdeformationen der piezoelektrischen Stellglieder, die zum Erreichen vorgegebener Drehungen der Ausgleichselemente um die erste und die zweite Rotationsachse erforderlich sind, deutlich begrenzt, so dass die notwendigen Abmessungen der piezoelektrischen Stellglieder begrenzt werden und die Robustheit der piezoelektrischen Stellglieder erhöht wird.
Eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen MRI-Systems ist dadurch gekennzeichnet, dass jedes Ausgleichselement einen elektrisch leitenden Teil enthält, der in einer zentralen Kammer der entsprechenden Magneteinheit untergebracht ist. In der zentralen Kammer der ersten und zweiten Magneteinheit eines offenen MRI-Systems hat das Magnetfeld des Hauptmagnetsystems eine relativ hohe Feldstärke. Infolgedessen werden in den genannten elektrisch leitenden Teilen relativ starke Wirbelströme erzeugt, so dass die elektrisch leitenden Teile eine relativ starke Dämpfungswirkung erzielen und die Verlagerungen und Vibrationen der Ausgleichselemente weiter begrenzt werden.
Noch eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen MRI-Systems ist dadurch gekennzeichnet, dass der elektrisch leitende Teil jedes Ausgleichselements eine im Wesentlichen parallel zur Z-Richtung ausgerichtete, zylindrische Platte umfasst. Bei dieser Ausführungsform sind die zylindrischen Platten in den zentralen Kammern hauptsächlich parallel zur Richtung des Magnetfelds des Hauptmagnetsystems ausgerichtet. Auf diese Weise werden durch die elektrisch leitenden Teile der Ausgleichssysteme optimale Dämpfungswirkungen erzielt.
Noch eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen MRI-Systems ist dadurch gekennzeichnet, dass jedes Ausgleichselement einen massiven zylindrischen Körper umfasst, der in der zentralen Kammer der entsprechenden Magneteinheit angeordnet ist, wobei die jeweilige zylindrische Platte um den genannten Körper herum angebracht ist. Bei dieser Ausführungsform wird das Trägheitsmoment des Ausgleichselements durch die Verwendung des genannten massiven zylindrischen Körpers reduziert. Ermöglicht wird die genannte Reduzierung in Anbetracht der Dämpfungswirkung, die durch die um den genannten Körper herum angebrachte zylindrische, leitende Platte erzielt wird. Auf diese Weise haben die Ausgleichselemente jeweils eine kompakte Struktur, und das verfügbare Volumen der zentralen Kammern der ersten und der zweiten Magneteinheit wird effizient genutzt, um die Ausgleichselemente unterzubringen.
Nachfolgend werden Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Magnetresonanzbildbungssystems unter Bezugnahme auf die Figuren ausführlich beschrieben. Es zeigen:
1 schematisch einen Querschnitt durch eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen MRI-Systems;
2 schematisch eine Draufsicht auf einen Ausgleichskörper des MRI-Systems aus 1; und
3 schematisch die Hauptbestandteile einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen MRI-Systems.
Die erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen MRI-Systems 1, wie in 1 gezeigt, ist von dem so genannten offenen Typ und hat ein oberes Gehäuse 3 und ein unteres Gehäuse 5, die durch zwei vertikale Stützen 7, 9 miteinander verbunden sind. Zwischen dem oberen Gehäuse 3 und dem unteren Gehäuse 5 befindet sich ein Untersuchungsvolumen 11, in dem ein zu untersuchender Patient positioniert werden kann. Weiterhin umfasst das MRI-System 1 ein Hauptmagnetsystem 13 mit einem ersten Teil 15, der in dem oberen Gehäuse 3 untergebracht ist, und einen zweiten Teil 17, der in dem unteren Gehäuse 5 untergebracht ist. Die genannten ersten und zweiten Teile 15, 17, die in 1 nicht im Detail gezeigt werden, umfassen jeweils eine Reihe supraleitender elektrischer Spulen, die in einem Tieftemperaturbehältnis untergebracht sind. Während des Betriebs erzeugt das Hauptmagnetsystem 13 im Untersuchungsvolumen 11 ein Hauptmagnetfeld B₀, das hauptsächlich in einer vertikalen Z-Richtung ausgerichtet ist. Weiterhin umfasst das MRI-System 1 ein Gradientenmagnetsystem 19 mit einem ersten Teil 21, der im oberen Gehäuse 3 zwischen dem ersten Teil 15 des Hauptmagnetsystems 13 und dem Untersuchungsvolumen 11 untergebracht ist, und mit einem zweiten Teil 23, der im unteren Gehäuse 5 zwischen dem zweiten Teil 17 des Hauptmagnetsystems 13 und dem Untersuchungsvolumen 11 untergebracht ist. Die genannten ersten und zweiten Teile 21, 23, die in 1 nicht im Detail gezeigt werden, umfassen jeweils eine Reihe elektrischer Spulen, um im Untersuchungsvolumen 11 in drei orthogonalen Richtungen X, Y, Z Gradienten des Hauptmagnetfelds B₀ zu erzeugen. Der erste Teil 15 des Hauptmagnetsystems 13 und der erste Teil 21 des Gradientenmagnetsystems 19 gehören zu einer ersten Magneteinheit 25, die im oberen Gehäuse 3 untergebracht ist, während der zweite Teil 17 des Hauptmagnetsystems 13 und der zweite Teil 23 des Gradientenmagnetsystems 19 zu einer zweiten Magneteinheit 27 gehören, die in einem vertikalen Abstand von der ersten Magneteinheit 25 im unteren Gehäuse 5 untergebracht ist. Die erste Magneteinheit 25 umfasst ferner eine erste HF-Spuleneinheit 29, die sich zwischen dem ersten Teil 21 des Gradientenmagnetsystems 19 und dem Untersuchungsvolumen 11 befindet, sowie eine zweite HF-Spuleneinheit 31, die sich zwischen dem zweiten Teil 23 des Gradientenmagnetsystems 19 und dem Untersuchungsvolumen 11 befindet.
Das MRI-System 1 dient dazu, mittels eines kernmagnetischen Resonanzverfahrens Bilder von den inneren Organen des Körpers eines Patienten zu machen. Ein Bild des Patientenkörpers wird erzeugt, indem an einer Vielzahl von Stellen im Körper des Patienten, die nach und nach durch Veränderung der Gradienten des Hauptmagnetfelds B₀ ausgewählt werden, aufeinander folgend kernmagnetische Resonanzeffekte beobachtet werden. An jeder gewählten Stelle wird von der ersten und/oder zweiten HF-Spuleneinheit 29, 31 ein HF-Signal ausgesendet, und anschließend wird von der ersten und/oder zweiten HF-Spuleneinheit 29, 31 ein aufgrund eines kernmagnetischen Resonanzeffekts an der genannten Stelle erzeugtes HF-Signal empfangen. Da das Hauptmagnetsystem 13 supraleitende elektrische Spulen hat, ist das Hauptmagnetfeld B₀ relativ stark, so dass relativ starke kernmagnetische Resonanzeffekte erzielt werden. Um die für eine vollständige Untersuchung erforderliche Gesamtzeitdauer zu begrenzen, werden die Gradienten des Hauptmagnetfelds B₀ mit relativ hohen Frequenzen verändert. Zu diesem Zweck werden die elektrischen Ströme in den Spulen des Gradientenmagnetsystems 19 ebenfalls mit hohen Frequenzen verändert.
Da sich ein Teil des Magnetfelds des Hauptmagnetsystems 13 im Gradientenmagnetsystem 19 befindet, kommt es zwischen dem Magnetfeld des Hauptmagnetsystems 13 und den wechselnden Strömen im Gradientenmagnetsystem 19 zu einer elektromagnetischen Wechselwirkung. Die genannte Wechselwirkung führt zu mechanischen Belastungen, insbesondere Lorentz-Kräften, die während des Betriebs auf die Spulen des Gradientenmagnetsystems 19 ausgeübt werden. Da das Magnetfeld des Hauptmagnetsystems 13 relativ stark ist und die Ströme im Gradientenmagnetsystem 19 mit relativ hohen Frequenzen verändert werden, sind die Lorentz-Kräfte relativ groß. Ohne zusätzliche Maßnahmen würden die Lorentz-Kräfte zu starken mechanischen und akustischen Vibrationen des Gradientenmagnetsystems 19 führen. Die genannten Vibrationen würden sogar auf an dere Teile des MRI-Systems 1, insbesondere auf das Hauptmagnetsystem 13 und das obere und untere Gehäuse 3, 5, übertragen werden. Die genannten Vibrationen würden Verzerrungen des Hauptmagnetfelds B₀ verursachen und zu unzulässigen Verzerrungen der vom MRI-System 1 erzeugten Bilder führen. Darüber hinaus würden in und um das MRI-System 1 herum unzulässig hohe akustische Vibrationen auftreten.
Um die genannten mechanischen und akustischen Vibrationen des Gradientenmagnetsystems 19 zu reduzieren und zu begrenzen, umfasst das MRI-System 1 ein Antivibrationssystem 33. Bei der in 1 gezeigten ersten Ausführungsform des MRI-Systems 1 umfasst das Antivibrationssystem 33 einen separaten ersten Teil 35, um die Vibrationen des ersten Teils 21 des Gradientenmagnetsystems 19 zu reduzieren, sowie einen separaten zweiten Teil 37, um die Vibrationen des zweiten Teils 23 des Gradientenmagnetsystems 19 zu reduzieren. Im Folgenden wird nur der erste Teil 35 des Antivibrationssystems 33 ausführlich erläutert. Struktur und Betrieb des zweiten Teils 37 des Antivibrationssystems 33 sind mit dem ersten Teil 35 identisch. Darüber hinaus wird eine Reihe struktureller Details des ersten Teils 21 des Gradientenmagnetsystems 19 erläutert, und es wird offensichtlich sein, dass der zweite Teil 23 des Gradientenmagnetsystems 19 identische strukturelle Details hat.
Wie in 1 gezeigt umfasst der erste Teil 35 des Antivibrationssystems 33 ein Ausgleichselement 39, das nachfolgend ausführlich erläutert wird und sich auf einer Seite 41 der ersten Magneteinheit 25, entfernt vom Untersuchungsvolumen 11, befindet. Der erste Teil 21 des Gradientenmagnetsystems 19, der sich in einem dem Untersuchungsvolumen 11 gegenüberliegenden Teil der ersten Magneteinheit 25 befindet, ist starr an einem zylindrischen Verbindungselement 43 befestigt, das in einer zentralen, in der ersten Magneteinheit 25 und im ersten Teil 15 des Hauptmagnetssystems 13 vorgesehenen Kammer 45 untergebracht ist. Der erste Teil 21 des Gradientenmagnetsystems 19 ist über eine Reihe von Befestigungselementen 47, die am Verbindungselement 43 vorgesehen und aus einem elastisch deformierbaren Material wie Gummi hergestellt ist, am ersten Teil 15 des Hauptmagnetssystems 13 befestigt. Das Ausgleichselement 39 ist mittels einer nachfolgend ausführlich erläuterten Kopplungsvorrichtung 49 sowie mittels eines ebenfalls nachfolgend ausführlich erläuterten Stellgliedsystems 51 mit dem Verbindungselement 43 des ersten Teils 21 des Gradientenmagnetsystems 19 gekoppelt.
2 zeigt das Ausgleichselement 39 im Detail. Bei der gezeigten Ausführungsform umfasst das Ausgleichselement 39 drei Teile 53, die eine relativ große Masse haben und auf einem imaginären Kreis um eine sich parallel zur Z-Achse erstreckende Zentralachse 55 der ersten Magneteinheit 25 herum angeordnet sind. Die Teile 53 sind über einen dreieckigen Rahmen 57 mit einer zentralen Öffnung 59 miteinander verbunden. Die Kopplungsvorrichtung 49 umfasst drei flexible Stäbe 61, sie sich in einer imaginären horizontalen Ebene senkrecht zur Z-Richtung erstrecken. Ein erstes Endstück jedes Stabs 61 ist mit einer Endplatte 63 des Verbindungselements 43 des ersten Teils 21 des Gradientenmagnetsystems 19 verbunden. Ein zweites Endstück jedes Stabs 61 ist mit einer Innenwand 65 der Zentralöffnung 59 des Dreieckrahmens 57 verbunden. Die drei flexiblen Stäbe 61 gestatten es, dass sich das Ausgleichselement 39 relativ zum ersten Teil 21 des Gradientenmagnetsystems 19 um eine erste, senkrecht zur Z-Richtung verlaufende, horizontale Rotationsachse 67 und um eine zweite, senkrecht zur Z-Richtung und zur ersten Rotationsachse 67 verlaufende, horizontale Rotationsachse 69 drehen kann. Das Stellgliedsystem 51 umfasst drei Stellglieder 71, die ebenfalls auf einem imaginären Kreis um die Zentralachse 55 herum angeordnet sind und jeweils in einer Richtung parallel zur Z-Richtung eine kompensierende Kraft F_Z auf das Ausgleichselement 39 ausüben können. Bei der Ausführungsform in 1 und 2 ist jedes Stellglied 71 ein in der zentralen Kammer 45 angeordnetes piezoelektrisches Stellglied. Ein erstes Endstück jedes Stellglieds 71 ist über ein erstes elastisches Gelenk 73 mit einer winkligen, horizontalen Befestigungsoberfläche 75 des Verbindungselements 43 verbunden, während ein zweites Endstück jedes Stellglieds 71 über ein zweites elastisches Gelenk 77 mit einer Befestigungsoberfläche 79 des Dreieckrahmens 57 nahe der Zentralöffnung 59 verbunden ist. Über die drei Stellglieder 71 kann das Stellgliedsystem 51 kompensierende mechanische Drehmomente M_CX und M_CY (siehe 2) auf das Ausgleichselement 39 um die erste und die zweite Rotationsachse 67, 69 ausüben. Die Kopplungsvorrichtung 49 ermöglicht es, dass die genannten Drehmomente in Drehungen des Ausgleichselements 39 um die erste und die zweite Rotationsachse 67, 69 relativ zum ersten Teil 21 des Gradientenmagnetsystems 19 umgewandelt werden. Da sich das Ausgleichselement 39 an der Seite 41 der ersten Magneteinheit 25, vom Untersuchungsvolumen 11 entfernt, befindet, ist für das Ausgleichselement 39 relativ viel Platz vorhanden. Folglich können die Teile 53 in relativ großem Abstand von der Zentralachse 55 platziert werden. Auf diese Weise weist das Ausgleichselement 39 bei einer begrenzten Gesamtmasse relativ große Trägheitsmomente I_X und I_Y um die erste und die zweite Rotationsachse 67 bzw. 69 auf. Da die piezoelektrischen Stellglieder 71 in der zentralen Kammer 45 untergebracht sind, werden die Längsdeformationen der piezoelektrischen Stellglie der 71, die zum Erreichen vorgegebener Drehungen des Ausgleichselements 39 um die erste und die zweite Rotationsachse 67, 69 erforderlich sind, deutlich begrenzt, so dass die notwendigen Abmessungen der piezoelektrischen Stellglieder 71 begrenzt werden und die Robustheit der piezoelektrischen Stellglieder 71 erhöht wird. Ein Vorteil bei der Verwendung piezoelektrischer Stellglieder im Stellgliedsystem 51 ist, dass das Vorhandensein der piezoelektrischen Stellglieder 71 im Wesentlichen keinen Einfluss auf das Hauptmagnetfeld B₀ im Untersuchungsvolumen 11 hat, da piezoelektrische Stellglieder praktisch keine elektrisch leitenden Materialien enthalten.
Die Anwendung der beschriebenen Struktur und Eigenschaften des Ausgleichselements 39, der Kopplungsvorrichtung 49 und des Stellgliedsystems 51 beruht auf der Erkenntnis, dass in einem offenen MRI-System, wie dem MRI-System 1, die mechanischen und akustischen Vibrationen des Gradientenmagnetsystems 19 überwiegend durch mechanische Drehmomente M_X, M_Y (siehe 1) verursacht werden, die, aufgrund der elektromagnetischen Wechselwirkung zwischen dem Magnetfeld des Hauptmagnetsystems 13 und den elektrischen Strömen des Gradientenmagnetsystems 19, um senkrecht zur Z-Richtung gerichtete Achsen ausgeübt werden. Bei dem erfindungsgemäßen MRI-System 1 werden die genannten mechanischen Drehmomente M_X, M_Y auf den ersten Teil 21 des Gradientenmagnetsystems 19 im Wesentlichen dadurch aufgehoben, dass die vom Stellgliedsystem 51 auf das Ausgleichselement 39 ausgeübten kompensierenden, mechanischen Drehmomente M_CX, M_CY im Wesentlichen den genannten mechanischen Drehmomenten M_X, M_Y entsprechen. Folglich werden vom Stellgliedsystem 51 mechanische Reaktionsdrehmomente M_RX, M_RY (siehe 1) auf den ersten Teil 21 des Gradientenmagnetsystems 19 ausgeübt, die dieselbe Magnitude wie die genannten mechanischen Drehmomente M_X, M_Y haben, aber entgegengesetzt gerichtet sind, so dass die insgesamt auf den ersten Teil 21 des Gradientenmagnetsystems 19 um Achsen senkrecht zur Z-Richtung ausgeübten mechanischen Drehmomente im Wesentlichen gleich Null sind. Zu diesem Zweck umfasst das MRI-System 1 ein Steuerungssystem 81, das in 1 schematisch dargestellt ist und jedes Stellglied 71 des Stellgliedsystems 51 so steuert, dass die vom Stellgliedsystem 51 auf das Ausgleichselement 39 ausgeübten kompensierenden, mechanischen Drehmomente M_CX, M_CY im Wesentlichen gleich den mechanischen Drehmomenten M_X, M_Y sind. Um die momentanen Werte der erforderlichen kompensierenden mechanischen Drehmomente M_CX, M_CY zu berechnen, hat das Steuerungssystem 81 einen Eingang 83 zum Empfangen eines Signals u₁, das den Werten der momentanen elektrischen Ströme in den Spulen des Gra dientenmagnetsystems 19 entspricht. Das genannte Signal u₁ wird durch eine Impulssequenzsteuereinheit 85 des MRI-Systems 1 bereitgestellt, die in 1 nicht im Detail dargestellt ist und die elektrischen Ströme in den Spulen des Gradientenmagnetsystems 19 sowie die von den HF-Spuleneinheiten 29, 31 gemäß einem vorgegebenen MRI-Impulssequenzprogramm zu sendenden HF-Signale festlegt. Basierend auf dem Signal u₁ und den in einem Speicher des Steuerungssystems 81 gespeicherten Informationen über die Stärke und Ausrichtung des Magnetfelds des Hauptmagnetsystems 13 sagt das Steuerungssystem 81 die momentanen Werte der mechanischen Drehmomente M_X, M_Y voraus. Anschließend legt das Steuerungssystem 81 die Deformationen der piezoelektrischen Stellglieder 71 fest, die zum Erreichen der erforderlichen kompensierenden mechanischen Drehmomente M_CX, M_CY benötigt werden. Die genannten Deformationen werden von dem Steuerungssystem 81 auf Basis der vorhergesagten Werte der mechanischen Drehmomente M_X, M_Y, der Trägheitsmomente I_X, I_Y des Ausgleichselements 39 und der erforderlichen Winkelverlagerungen des Ausgleichselements 39 berechnet. Schließlich führt das Steuerungssystem 81 jedem Stellglied 71 des Stellgliedsystems 51 ein den erforderlichen Deformationen entsprechendes Steuersignal u_D zu. Eine vorteilhafte Eigenschaft der piezoelektrischen Stellglieder 71 ist, dass das Steuersignal u_D einen relativ kleinen Stromwert hat, so dass das Steuersignal u_D nur relativ kleine Störmagnetfelder verursacht. Es wird klar sein, dass die mechanischen Drehmomente M_X, M_Y im zweiten Teil 23 des Gradientenmagnetsystems 19 auf ähnliche Weise mit Hilfe des zweiten Teils 37 des Antivibrationssystems 33 aufgehoben werden.
Aufgrund des Ausgleichselements 39, des Stellgliedsystems 51 und des Steuerungssystems 81 wird ein überwiegender Teil der mechanischen und akustischen Vibrationen des ersten Teils 21 des Gradientenmagnetsystems 19, insbesondere die vorwiegenden Winkelvibrationen um die Achse senkrecht zur Z-Richtung, auf wirksame Weise reduziert. Die auf das Ausgleichselement 39 ausgeübten kompensierenden, mechanischen Drehmomente M_CX, M_CY werden in Winkelverlagerungen des Ausgleichselements 39 um die erste und zweite Rotationsachse 67, 69 herum umgewandelt. Da die Trägheitsmomente I_X, I_Y des Ausgleichselements 39 relativ groß sind, sind die genannten Winkelverlagerungen des Ausgleichselements 39 und die daraus resultierenden Vibrationen des Ausgleichselements 39 relativ gering und führen nicht zu nennenswerten akustischen Vibrationen des Ausgleichselements 39. Um die durch die Vibrationen des Ausgleichselements 39 verursachten Geräusche zu reduzieren, kann um das Ausgleichselement 39 herum ein geeignetes Schalldämpfungsmittel vorgesehen sein. Ein Beispiel für ein solches Schalldämpfungsmit tel ist eine Vakuumkammer, in der das Ausgleichselement 39 angeordnet ist. Ein wichtiger Vorteil besteht darin, dass das Ausgleichselement 39 außer mit dem ersten Teil 21 des Gradientenmagneten 19 mit keinem Teil des MRI-Systems 1 mechanisch gekoppelt ist, so dass die resultierenden Vibrationen des Ausgleichselements 39 auf keinen weiteren Teil des MRI-Systems 1 mechanisch übertragen werden. Da bei dieser Ausführungsform nur Winkelverlagerungen des Ausgleichselements 39 um die erste und die zweite Rotationsachse 67, 69 erzeugt werden müssen, haben die Kopplungsvorrichtung 49 und das Stellgliedsystem 51 einfache Strukturen.
Bei der in 1 dargestellten Ausführungsform werden verbleibende Winkelvibrationen des ersten Teils 21 des Gradientenmagnetsystems 19 um Achsen senkrecht zur Z-Richtung weiter reduziert, indem das Gradientenmagnetsystem 19 mit einem Sensorsystem 87 versehen wird, das die genannten Restvibrationen während des Betriebs misst. Das Sensorsystem 87 führt dem Steuerungssystem 81 ein den genannten gemessenen Restvibrationen Messsignal u_RV zu. Das Sensorsystem 87 gehört zu einem Rückkopplungsregelkreis des Steuerungssystems 81, die das dem Stellgliedsystem 51 zugeführte Steuersignal u_D so anpasst, dass die gemessenen Restvibrationen unter einem vorgegebenen Schwellenwert bleiben. Derartige Restvibrationen können beispielsweise aufgrund von Unterschieden zwischen den tatsächlich vom ersten Teil 21 des Gradientenmagnetsystems 19 erfahrenen mechanischen Drehmomenten M_X, M_Y und den Werten der vom Steuerungssystem 81 vorhergesagten mechanischen Drehmomente M_X, M_Y auftreten. Infolge der Verwendung des genannten Rückkopplungsregelkreises, einschließlich des Sensorsystems 87, wird die Effizienz des ersten Teils 35 des Antivibrationssystems 33 weiter verbessert. Es wird klar sein, dass verbleibende Winkelvibrationen des zweiten Teils 23 des Gradientenmagnetsystems 19 um Achsen senkrecht zur Z-Richtung auf ähnliche Weise weiter reduziert werden.
3 zeigt schematisch eine zweite, ebenfalls offene Ausführungsform eines erfindungsgemäßen MRI-Systems 101. Teile des MRI-Systems 101, die Teilen des zuvor beschriebenen MRI-Systems 1 entsprechen, sind mit entsprechenden Bezugszeichen in 3 bezeichnet und werden nicht weiter im Detail erläutert. 3 zeigt schematisch die Hauptbestandteile im unteren Gehäuse 5', in dem die zweite Magneteinheit 27' des MRI-Systems 1 untergebracht ist. Das die erste Magneteinheit beherbergende obere Gehäuse ist in 3 nicht dargestellt, jedoch wird der Fachkundige verstehen, dass das obere Gehäuse sowie die erste Magneteinheit mit dem unteren Gehäuse 5' und der zweiten Mag neteinheit 27' im Wesentlichen identisch sind. Im Folgenden werden nur die Hauptunterschiede zwischen dem MRI-System 101 und dem MRI-System 1 kurz erläutert.
Wie in 3 gezeigt, umfasst das MRI-System 101 ein Antivibrationssystem 103 mit einem zweiten Teil 105, um die infolge der elektromagnetischen Wechselwirkung zwischen dem Magnetfeld des Hauptmagnetsystems 13' und den elektrischen Strömen im zweiten Teil 23' des Gradientenmagnetsystems 19' auf den zweiten Teil 23' des Gradientenmagnetsystems 19' ausgeübten mechanischen Drehmomente M_X, M_Y aufzuheben. Der Fachkundige wird verstehen, dass ein erster Teil des Antivibrationssystems 103, der nicht in 3 dargestellt und zum Aufheben der auf den ersten Teil des Gradientenmagnetsystems ausgeübten mechanischen Drehmomente M_X, M_Y benutzt wird, mit dem zweiten Teil 105 im Wesentlichen identisch ist. Der zweite Teil 105 des Antivibrationssystems 103 umfasst ein Ausgleichselement 107 mit einem in der zentralen Kammer 45' der zweiten Magneteinheit 27' untergebrachten massiven, zylindrischen Körper. Das Ausgleichselement 107 ist über ein Stellgliedsystem 109 und über eine Kopplungsvorrichtung, die Drehungen des Ausgleichselements 107 relativ zu dem zweiten Teil 23' des Gradientenmagnetsystems 19' um Achsen senkrecht zur Z-Richtung erlaubt, mit dem zweiten Teil 23' des Gradientenmagnetsystems 19' gekoppelt. Die Kopplungsvorrichtung ist in 3 zwar nicht dargestellt, jedoch wird der Fachkundige wissen, wie eine geeignete Kopplungsvorrichtung, beispielsweise auf Basis der vorhergehenden Darlegung der Kopplungsvorrichtung 49 des MRI-Systems 1, zu konstruieren ist. Das Stellgliedsystem 109 ist mit dem Stellgliedsystem 51 des MRI-Systems 1 vergleichbar und umfasst drei piezoelektrische Stellglieder 111, die jeweils parallel zur Z-Richtung eine Ausgleichskraft F_Z auf das Ausgleichselement 107 ausüben können. In 3 sind nur zwei Stellglieder 111 schematisch dargestellt. Die Stellglieder 111 sind zwischen einer horizontalen Befestigungsoberfläche 113 des Ausgleichselements 107 und einer horizontalen Befestigungsoberfläche 115 des zweiten Teils 23' des Gradientenmagnetsystems 19' befestigt. Die Stellglieder 111 werden durch ein Steuerungssystem des MRI-Systems 101 gesteuert, das in 3 nicht dargestellt ist und jedem der Stellglieder 111 ein Steuersignal entsprechend einer berechneten Deformation des Stellglieds 111 zuführt.
Das Ausgleichselement 107 hat eine kompakte Struktur, und das verfügbare Volumen der zentralen Kammer 45' wird effektiv zur Unterbringung des Ausgleichselements 107, der Kopplungsvorrichtung und des Stellgliedsystems 109 genutzt. Infolgedessen sind die Trägheitsmomente I_X, I_Y des Ausgleichselements 107 um Achsen senkrecht zur Z- Richtung jedoch relativ gering. Da das Ausgleichselement 107 einen elektrisch leitenden Teil 117 umfasst, der sich in einem Teil des Magnetfelds des Hauptmagnetsystems 13' befindet, sind die Winkelverlagerungen des Ausgleichselements 107 im MRI-System 101 allerdings begrenzt. Bei der in 3 gezeigten Ausführungsform umfasst der elektrisch leitende Teil 117 des Ausgleichselements 107 eine zylindrische Platte 119, die ebenfalls in der zentralen Kammer 45' angeordnet und um den massiven zylindrischen Körper des Ausgleichselements 107 herum angebracht ist. Die Platte 119 besteht aus einem Material mit relativ hoher elektrischer Leitfähigkeit, wie beispielsweise Kupfer. Es versteht sich, dass der erste Teil des Antivibrationssystems 103 einen ähnlichen elektrisch leitfähigen Teil hat. In der zentralen Kammer 45' ist das Magnetfeld des Hauptmagnetsystems 13' relativ stark und im Wesentlichen parallel zur Z-Richtung ausgerichtet. Wenn das Ausgleichselement 107 mittels des Stellgliedsystems 109 relativ zum zweiten Teil 23' des Gradientenmagnetsystems 19' verlagert wird, werden durch das Magnetfeld des Hauptmagnetsystems 13' im elektrisch leitenden Teil 117 Wirbelströme erzeugt. Die elektromagnetische Wechselwirkung zwischen dem genannten Magnetfeld und den genannten Wirbelströmen hat zur Folge, dass auf den elektrisch leitenden Teil 117 Lorentz-Kräfte entgegengesetzt der Richtung ausgeübt werden, in welcher der elektrisch leitende Teil 117 verlagert wird. Somit haben die genannten Lorentz-Kräfte eine dampfende Wirkung auf die Winkelverlagerung des Ausgleichselements 107, d. h. die genannten Verlagerungen werden beispielsweise durch das Vorhandensein des elektrisch leitenden Teils 117 begrenzt. Da das Magnetfeld des Hauptmagnetsystems 13' in der zentralen Kammer 45' relativ stark ist, ist auch die genannte Dämpfungswirkung relativ stark, so dass die Winkelverlagerungen des Ausgleichselements 107 trotz der relativ kleinen Trägheitsmomente I_X, I_Y des Ausgleichselements 107 relativ gering sind. Ein weiterer Vorteil der Ausführungsform in 3 besteht darin, dass die zylindrische Platte 119 parallel zur Z-Richtung ausgerichtet ist, d. h. im Wesentlichen parallel zur lokalen Richtung des Magnetfelds des Hauptmagnetsystems 13' in der zentralen Kammer 45'. Infolgedessen wird durch den elektrisch leitenden Teil 117 eine optimale Dämpfungswirkung erzielt. Das Steuerungssystem des MRI-Systems 101 legt die jedem einzelnen Stellglied 111 zugeführten Steuersignale nicht nur als eine Funktion der auf den zweiten Teil 23' des Gradientenmagnetsystems 19' ausgeübten, vorhergesagten mechanischen Drehmomente M_X, M_Y fest, sondern auch als eine Funktion eines vorhergesagten Werts der durch den elektrisch leitenden Teil 117 erzeugten Dämpfungskraft. Die genannte Dämpfungskraft hängt auf vorgegebene Weise von den Winkelgeschwindigkeiten des e lektrisch leitenden Teils 117 ab, wobei dem Fachkundigen bekannt sein wird, wie das Steuerungssystem anzupassen ist, um die Dämpfungskraft zu berücksichtigen.
Der elektrisch leitenden Teil 117 des Ausgleichselements 107 ist vorzugsweise in einer möglichst weit vom Untersuchungsvolumen 11 entfernt befindlichen Position angeordnet. Auf diese Weise wird die Wirkung der Wirbelströme im elektrisch leitenden Teil 117 auf das Hauptmagnetfeld B₀ im Untersuchungsvolumen 11 minimiert. Deshalb erstreckt sich bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen MRI-Systems, die nicht in den Figuren dargestellt ist, die zylindrische Platte 119 nur um die untere, vom Untersuchungsvolumen entfernt liegende Hälfte des Ausgleichselements 107. Bei dieser weiteren Ausführungsform kann die Dämpfungswirkung durch das Hinzufügen einer elektrisch leitenden Endplatte an der Endoberfläche 121 des Ausgleichselements 107 verstärkt werden.
Es ist zu beachten, dass die Erfindung auch Magnetresonanzbildgebungssysteme des so genannten geschlossenen Typs abdeckt, der eine einzelne, ein zylindrisches Untersuchungsvolumen einschließende, zylindrische Magneteinheit umfassen. Das Gradientenmagnetsystem eines derartigen MRI-Systems vom geschlossenen zylindrischen Typ umfasst üblicherweise ein einzelnes zylindrisches Gradientenspulensystem. Folglich kann das Antivibrationssystem eines MRI-Systems vom geschlossenen Typ gemäß der Erfindung nur ein einzelnes Ausgleichselement umfassen, das mittels einer geeigneten Kopplungsvorrichtung und eines einzelnen geeigneten Stellgliedsystems mit dem genannten Gradientenspulensystem gekoppelt ist. Um interne mechanische Biegemomente, die für das Gradientenmagnetsystem eines geschlossenen MRI-Systems charakteristisch sind, zu kompensieren, kann ein geschlossenes MRI-System auch über zwei oder mehr mit dem Gradientensystem gekoppelte Ausgleichselemente verfügen.
Bei den beschriebenen MRI-Systemen 1 und 101 dienen die Antivibrationssysteme 33, 103 dazu, die auf den ersten und zweiten Teil 21, 21', 23, 23' des Gradientenmagnetsystems 19, 19' um Achsen senkrecht zur Z-Richtung ausgeübten mechanischen Drehmomente M_X, M_Y aufzuheben. Schließlich ist zu beachten, dass die Erfindung auch Magnetresonanzbildgebungssysteme abdeckt, bei denen das Antivibrationssystem dazu dient, andere infolge elektromagnetischer Wechselwirkung zwischen dem Magnetfeld des Hauptmagnetsystems und den elektrischen Strömen im Gradientenmagnetsystem auf das Gradientenmagnetsystem ausgeübte mechanische Belastungen, wie beispielsweise die Nettolinearkräfte, aufzuheben. Bei derartigen Ausführungsformen sollte eine geeignete Kopp lungsvorrichtung vorgesehen sein, die die erforderlichen linearen Verlagerungen des Ausgleichselements relativ zum Gradientenmagnetsystem gestattet, und es sollte ein geeignetes Stellgliedsystem vorgesehen sein, das es ermöglicht, die erforderlichen kompensierenden mechanischen Belastungen (Kräfte) auf das Ausgleichselement auszuüben. Ein Fachkundiger wird in der Lage sein, eine geeignete Kopplungsvorrichtung und ein geeignetes Stellgliedsystem entsprechend der Art der zu kompensierenden mechanischen Belastungen zu konstruieren.

Claims

Magnetresonanzbildgebungssystem (MRI-System) (1) mit einem Untersuchungsvolumen (11), einem Hauptmagnetsystem (13), um im Untersuchungsvolumen in Z-Richtung ein Hauptmagnetfeld zu erzeugen, einem Gradientenmagnetsystem (19), um Gradienten des Hauptmagnetfelds zu erzeugen, und einem Antivibrationssystem (33), um Vibrationen des Gradientenmagnetsystems zu reduzieren, die während des Betriebs durch eine auf das Gradientenmagnetsystem ausgeübte mechanische Belastung (M_X, M_Y) infolge einer elektromagnetischen Wechselwirkung zwischen dem Hauptmagnetfeld und elektrischen Strömen im Gradientenmagnetsystem verursacht werden, dadurch gekennzeichnet, dass das Antivibrationssystem ein Ausgleichselement (39, 107) hat, das über ein Stellgliedsystem (51) und eine Kopplungsvorrichtung, die Verlagerungen des Ausgleichselements relativ zum Gradientenmagnetsystem zulässt, mit dem Gradientenmagnetsystem gekoppelt ist, wobei das MRI-System ein Steuerungssystem (81) hat, um das Stellgliedsystem so zu steuern, dass es während des Betriebs eine kompensierende mechanische Belastung auf das Ausgleichselement ausübt, die im Wesentlichen der auf das Gradientenmagnetsystem ausgeübten mechanischen Belastung entspricht.
MRI-System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerungssystem dem Stellgliedsystem während des Betriebs ein Steuersignal entsprechend der kompensierenden mechanischen Belastung zuführt, wobei das Steuerungssystem das genannte Steuersignal als eine Funktion des Werts der elektrischen Ströme im Gradientenmagnetsystem festlegt.
MRI-System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gradientenmagnetsystem ein Sensorsystem (87) umfasst, das während des Betriebs verbleibende Vibrationen des Gradientenmagnetsystems misst und dem Steuerungssystem ein Messsignal (URV) entsprechend den gemessenen Restvibrationen des Gradientenmagnetsystems zuführt, wobei das Steuerungssystem das Steuersignal derart anpasst, dass die gemessenen Restvibrationen des Gradientenmagnetsystems kleiner sind als ein vorgegebener Schwellenwert.
MRI-System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellgliedsystem piezoelektrische Stellglieder (71) hat.
MRI-System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgleichselement (107) einen elektrischen leitenden Teil (117) hat, der in einem Teil des Magnetfelds des Hauptmagnetfelds angeordnet ist.
MRI-System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das MRI-System eine erste Magneteinheit (25) sowie, mit Abstand zur ersten Magneteinheit, eine zweite Magneteinheit (27) hat und sich das Untersuchungsvolumen (11) zwischen der ersten und der zweiten Magneteinheit befindet, wobei die erste und die zweite Magneteinheit einen ersten Teil bzw. einen zweiten Teil (15, 17) des Hauptmagnetsystems und einen ersten Teil bzw. einen zweiten Teil (21, 23) des Gradientenmagnetsystems umfassen, und wobei der erste Teil und der zweite Teil des Gradientenmagnetsystems über ein separates Stellgliedsystem und eine separate Kopplungsvorrichtung, die zumindest Drehungen der jeweiligen Ausgleichselemente relativ zum jeweiligen Teil des Gradientenmagnetsystems um eine erste und eine zweite, zueinander senkrechte und zur Z-Richtung senkrechte Rotationsachse zulässt, beide mit einem separaten Ausgleichselement gekoppelt sind, wobei das Steuerungssystem jedes Stellgliedsystem so steuert, dass jedes Stellgliedsystem während des Betriebs zumindest kompensierende mechanische Drehmomente um die erste und die zweite Rotationsachse auf das jeweilige Ausgleichselement ausübt, die im Wesentlichen den mechanischen Drehmomenten entsprechen, die aufgrund der elektromagnetischen Wechselwirkung zwischen dem Hauptmagnetfeld und den elektrischen Strömen im jeweiligen Teil des Gradientenmagnetsystems auf den entsprechenden Teil des Gradientenmagnetsystems ausgeübt werden.
MRI-System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Stellgliedsystem drei Stellglieder umfasst, die in einer Richtung parallel zur Z-Richtung jeweils eine kompensierende Kraft auf das entsprechende Ausgleichselement ausüben.
MRI-System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass sich der erste und der zweite Teil (21, 23) des Gradientenmagnetsystems in einem dem Untersuchungsvolumen gegenüberliegenden Teil der entsprechenden Magneteinheit befinden, sowie dadurch, dass sich das jeweilige Ausgleichselement auf einer entfernt vom Untersuchungsvolumen liegenden Seite der entsprechenden Magneteinheit befindet, wobei der entsprechende Teil des Gradientenmagnetsystems und das entsprechende Ausgleichselement über ein Verbindungselement (43) miteinander verbunden sind, das in einer zentralen Kammer (45) in der jeweiligen Magneteinheit und im entsprechenden Teil des Hauptmagnetsystems untergebracht ist.
MRI-System nach Anspruch 4, 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass jedes der drei Stellglieder ein in der zentralen Kammer (45) der entsprechenden Magneteinheit (25, 27) angeordnetes piezoelektrisches Stellglied (71) ist.
MRI-System nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Ausgleichselement (29, 107) einen elektrisch leitenden Teil (117) enthält, der in einer zentralen Kammer (45) der entsprechenden Magneteinheit (25, 27) untergebracht ist.
MRI-System nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrisch leitende Teil (117) jedes Ausgleichselements (29, 107) eine, im Wesentlichen parallel zur Z-Richtung ausgerichtete, zylindrische Platte (119) umfasst.
MRI-System nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Ausgleichselement einen massiven zylindrischen Körper umfasst, der in der zentralen Kammer (45) der entsprechenden Magneteinheit (25, 27) angeordnet ist, wobei die jeweilige zylindrische Platte (119) um den genannten Körper herum angebracht ist.