DE69218500T2

DE69218500T2 - Apparat mittels magnetischer Resonanz

Info

Publication number: DE69218500T2
Application number: DE69218500T
Authority: DE
Inventors: Robert W Brown; Michael A Martens; Michael A Morich; John L Patrick; Labros Petropoulos
Original assignee: Picker International Inc
Current assignee: Philips Nuclear Medicine Inc
Priority date: 1991-06-21
Filing date: 1992-06-10
Publication date: 1997-07-03
Anticipated expiration: 2012-06-11
Also published as: DE69218500D1; JPH05269100A; EP0519637A1; EP0519637B1; US5177441A

Description

Die Erfindung betrifft Apparate mittels magnetischer Resonanz und Spulen, die in derartigen Apparaten magnetische Gradientenfelder hervorrufen. Sie findet insbesondere Anwendung in Verbindung mit Magnetresonanz-Abbildungsgeräten und wird mit spezietler Bezugnahme hierauf erläutert. Es versteht sich jedoch, daß die Erfindung auch eine Anwendung in Magnetresonanz-Spektroskopiegeräten und anderen Magnetresonanzgeräten findet, in denen exakt vorhersagbare Magnetfeldgradienten eingestellt oder aufrecht erhalten werden mussen.
In der Magnetresonanzabbildung wird über eine Untersuchungsregion, in der ein zu untersuchender Gegenstand anzuordnen ist, ein gleichförmiges Magnetfeld erzeugt. Es werden dann eine Folge von Hochfrequenzimpulsen und Magnetfeldgradienten an diese Untersuchungsregion angelegt. Die Gradientenfelder werden üblicherweise als Folge von Gradientenimpulsen mit vorab selektierten Profilen angelegt. Diese Impulse erregen magnetische Resonanz, eine Phasen- und Frequenzkodierung der Resonanz und rufen die Emission von phasen- und frequenzkodierten Magnetresonanzsignalen hervor.
Dabei werden genauer die Gradientenmagnetimpulse dazu angelegt, die Magnetresonanz zu selektiere und zu kodieren. In einigen Ausführungsbeispielen werden Magnetfeldgradienten angelegt, um eine oder mehrere Ebenen oder Schichten, die abzubilden sind, zu selektieren. Es werden auch Gradientenfeldimpulse angelegt, um selektiv das gleichförmige Magnetfeld zur Kodierung von Frequenz und Phase in die Magnetisierung und damit die Resonanzsignale selektiv zu modifizieren, um so eine räumliche Lage zu identifizieren.
Die Magnetresonanzsignale werden dann so verarbeitet, daß zwei- oder dreidimensionale Bilddarstellungen eines Teils des Objekts in der Untersuchungsregion erzeugt werden. Die Genauigkeit der resultierenden Bilddarstellung hängt unter anderen Faktoren von der Genauigkeit ab, mit der die atsächlich angelegten Magnetfeldgradientenimpulse konform zu den ausgewählten Gradientenimpulsprofilen sind.
Bislang wurden lineare Magnetfeldgradienten durch zylindrische Gradientenfeldspulen erzeugt. Es waren diskreto Spulen auf gebündelte oder verteilte Weise auf ein gerades hohles Zylinderrohrstück großen Durchmessers von gemeinhin 65 cm Durchmesser oder mehr gewickelt. Übliche gebündelte Geometrien umfaßten Maxweil- oder modifizierte Maxwellpaare für die z-Gradientenerzeugung und Golay-Sattelspulen mit einzelnem oder mehreren Bögen zur Erzeugung von x- und y-Gradienten. Die Spulen wurden normalerweise in einer seriellen Anordnung gewickelt und so positioniert, daß ein Magnetfeldprofil mit der gewünschten Linearität über ein vordefiniertes Volumen erzielt wurde. Die distributiven Wicklungen auf den Zylindern sind generell paarweise gewickelt und werden antisymmetrisch angesteuert. Die Spulen werden derart auf antisymmetrische Weise angesteuert, daß nur ungerade Ableitungen am Spulenursprung nicht null sind. Die erste Ableitung ist der Feldgradient, während die Ableitungen dritter und höherer Ordnung eine Verzerrung repräsentieren. Falls der Durchmesser des Zylinders und die Sputenplazierung geeignet ausgewählt werden, wird die dritte Ableitung im Ursprung ausgelöscht, wodurch die relativ schwache fünfte Ableitungskomponente zum ersten Verzerrungsterm wird.
Die konventionellen Gradientenspulen sind aus Kupferstäben oder mehrfach verseilten Drähten aufgebaut, die auf einem glasfaserverstärkten Kunststoffrohr aufgewickelt sind. Die Induktanz, die eine Beziehung zur gespeicherten Magnetenergie aufweist, ist bei der Auslegung der Gradientenspule kritisch. Die Induktanz bestimmt, wie schnell die Spule das Gradientenfeld bei einer gegebenen Spannungsversorgung ein- und ausschalten kann. Große Induktanzen, wie sie typisch in gewickelten zylindrischen Spulen sind, verlangsamen die Schaltgeschwindigkeit der Gradientenmagnetfelder.
Für eine maximale Effizienz wäre es von Vorteil, den Durchmesser der Gradientenspulenzylinder, so dicht wie möglich an den Gegenstand herankommend, zu reduzieren, unter der Voraussetzung, daß eine Gradientenlinearität aufrecht erhalten werden kann. Die erforderliche Energie für eine Gradientenfelderzeugung variiert grob als fünfte Potenz eines Gradientenspulenzylinderdurchmessers im freien Raum. In einer praktischen Magnetresonanzabbildungsvorrichtung wechselwirken die Gradientenspulen mit anderen angrenzenden Strukturen wie Strahlungsabschirmungen aus supraleitenden Magneten, weshalb die Beziehung etwas größer als die fünfte Potenz wird. Obgleich die Reduzierung der Spulenabmessungen einen dramatischen Effekt auf den Energieverbrauch haben könnte, wäre eine Reduzierung des Zylinderdurchmesser unter 65 cm zu stark, als daß noch Patienten für eine Vollkörperabtastung darin aufgenommen werden könnten. Obgleich eine einzelne Gradientenspule mit planarer Oberfläche demgegenüber weniger Leistung verbraucht, birgt sie den Nachteil einer schlechten Gradientengleichförmigkeit oder Feldlinearität. Bilder, die unter Ausnutzung einer einzelnen planaren Gradientenspule erzeugt werden, müssen hinsichtlich einer geometrischen Verzeichnung oder Verzerrung bei Volumina von Kopfgröße und mehr korrigiert werden.
Gradientenspulen werden gemeinhin zur einfachen Auslegung auf einen Kreis-Zylinder gelegt. Die Symmetrie des Kreiszylinders gestaltet es relativ einfach, das Magnetgradientenfeld an jedem beliebigen Punkt innerhalb des Zylinders zu berechnen, das durch eine Folge von Wicklungen auf dem Zylinder hervorgerufen wurde. Generell wird das Wicklungsmuster auf der Grundlage von mathematischen Berechnungen iterativ eingestellt, um einen linearen Gradienten innerhalb der 65 cm-Spule zu erzielen. Sobald die ausgelegte Spule zur physischen Realität wurde, war es häufig erforderlich, an dieser physischen Spule weitere iterative Einstellungen vorzunehmen. Diese iterativen Einstellungen für die Gradientengleichförmigkeit werden häufig mit nur geringem oder keinem Bezug auf die Energiespeicherungseffizienz der Gradientenspule vorgenommen.
Es ist erkannt worden, daß die Herabsetzung des Volumens innerhalb der Spule die Spuleneffizienz dadurch steigert, daß Quellen dichter an das zu untersuchende Objekt plaziert werden. Für einen im wesentlichen ovalen menschlichen Torso würde eine ovale Gradientenspule von Vorteil sein. Jedoch ist die Komplexität der Auslegung von Gradientenspulenwicklungen auf einem elliptischen oder anderen nicht kreisförmigen Zylinder so groß, daß sie bislang nicht realisiert wurde.
Das US-Patent 4,820,988, veröffentlicht am 11. April 1989 für Crooks et al, zeigt eine Technologie zur Herstellung einer mehr elliptischen y-Gradientenspule. Statt sich den Fragen der Auslegung einer elliptischen Spule zu stellen, nimmt Crooks zwei kreisförmige Gradientenspulensegmente, beseitigt die seitlichen Abschnitte angrenzend an deren Schnittregion mit einer x- z-Ebene und bewegt die verbleibenden Kreisbogensegmente dichter aneinander heran. Die x- und y-Spulen bei Crooks wurden immer noch auf einem kreisförmgien Zylinder positioniert. Dies führt dazu, daß die y-Gradientenspule energetisch effizienter ist, indem ihr Patientenaufnahmevolumen reduziert ist. Es kann dazu bemerkt werden, daß das Crooks-Patent darlegt und suggeriert, daß elliptische x-, y, und z-Spulen von Vorteil sein würden. Jedoch gibt es keine Offenbarung hinsichtlich von Lösungswegen, wie elliptische Gradientenspulen mit ausreichender Linearität für die Verwendung bei Magnetresonanzabbildung konstruiert werden könnten.
Der Artikel MEAS SCI TECHNOL, 1, 1990, Seiten 431 bis 439, ICP Publishing Ltd von R. Bowtell et al, richtet sich auf abgeschirmte Spulenauslegungen für die NMR-Abbildung in Magneten mit transversaler Feldgeometrie. Dieser Artikel offenbart Spulen mit kreisförmigem Querschnitt für den Einsatz in Transversalfeldmagneten.
Die JP-A-2080031 offenbart ein NMR-Gerät mit geneigten Magnetfeldspulen (a, b, c), die auf elliptische Spulenkörper gewickelt sind, die das jeweils geneigte Magnetfeld in der x-, z- und y-Richtung erzeugen. Die Spulen Ca, c) verwenden zwei Sätze von Sattelspulen und die Spule (b) verwendet ein Paar kreisförmiger Spulen. Die Spulenkörper dieser Spulen oder Wicklungen sind vorzugsweise elliptisch ausgeführt, um eine Anpassung auf das zu untersuchende Objekt zu erzielen.
Es ist ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung, einen Apparat mittels magnetischer Resonanz anzugeben sowie Spulen zur Verwendung darin, mit welchen die oben dargelegten Probleme überwindbar sind.
Gemäß der Erfindung ist ein Apparat mittels magnetischer Resonanz vorgesehen, aufweisend: eine Hauptmagnetfeldeinrichtung zum Erzeugen eines Hauptmagnetfeldes längs einer z-Achse durch eine Abbildungsregion; eine Resonanzanregungseinrichtung zur selektiven Erregung von Dipolen in der Untersuchungsregion zu Resonanz; einem Magnetresonanz-Empfangseinrichtung, die magnestische Hochfrequenzsignale empfängt, die aus der Untersuchungsregion abgestrahlt werden; eine elliptische z-Gradientenspulenanordnung mit Spulenwicklungen, die sich umfangsmäßig um einen Zylinder mit elliptischem Querschnitt erstrecken, wobei die Spulenwicklungen symmetrisch auf entgegensetzten Seiten einer Symmetrieebene angeordnet sind, die senkrecht zur z-Achse definiert ist; und gekennzeichnet durch: eine Stromversorgungseinrichtung, die elektrischen Strom den Spulenwicklungen oder Spulenwindungen derart zuführt, daß die Majorität von Spulenwicklungen auf einer ersten Seite der Symmetrieebene effektive oder Gesamtstromflüsse in einer ersten Richtung um einen Umfang des Zylinders mit elliptischem Querschnitt aufweisen und daß zumindest eine der Wicklungen der ersten Seite der Symmetrieebene einen Gesamtstromfluß in einer zweiten Richtung entgegengesetzt zur ersten Richtung aufweist, und derart, daß die Majorität der Spulenwicklungen auf einer zweiten Seite der Symmetrieebene einen Gesamtstromfluß in einer zweiten Richtung aufweist und zumindest eine der Spulenwicklungen auf der zweiten Seite der Symmetrieebene einen Gesamtstromfluß in der ersten Richtung aufweist.
Ein Apparat mittels magnetischer Resonanz gemäß der Erfindung, die eine Gradientmagnetfeldspulenanordnung entsprechend der Erfindung enthält, wird nun beispielhalber unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen erläutert, in denen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung des Apparats ist;
Fig. 2 das Wicklungsmuster einer z-Gradientenspulenanordnung des Apparats der Fig. 1 zeigt;
Fig. 3 eine planare Projektion eines Wicklungsmusters einer y-Gradientenspulenanordnung des Apparats der Fig. 1 zeigt und
Fig. 4 eine planare Projektion eines Wicklungsmusters einer x-Gradientenspulenanordnung des Apparats der Fig. 1 zeigt.
Gemaß Fig. 1 umfaßt der Apparat eine Hauptmagnetfeldeinrichtung 10, die ein im wesentlichen gleichförmiges Magnetfeld in Längsrichtung durch eine Untersuchungsregion 12 erzeugt. Die Hauptmagnetfeldeinrichtung umfaßt mehrere Hauptfeldmagnete 14, die gesteuert durch eine Magnetfeldsteuereinrichtung und eine Stromversorgungseinrichtung 16 betrieben werden. Vorzugsweise ist das Hauptmagnetfeld ein starkes gleichförmgies Feld, das mit einer z- oder Längsachse ausgerichtet ist.
Eine Magnetfeldeinrichtung 20 für einen elliptischen Gradienten erzeugt selektiv magnetische Gradientenfelder durch die Untersuchungsregion 12. Die Gradientenfeldeinrichtung umfaßt eine z-Gradientenspulenanordnung 22, die Magnetfeldgradienten längs der z-Achse anlegt oder erzeugt. Eine x-Gradientenspulenanordnung 24 legt selektiv Magnetfeldgradienten in einer x-Richtung an bzw. erzeugt diese transversal zur z-Achse und längs der Hauptachse der elliptischen Gradientenmagnetfeldeinrichtung im dargestellten Ausführungsbeispiel Eine y-Gradientenspulenanordnung 26 (Fig. 3) legt selektiv Magnetfeldgradienten in einer y-Richtung an oder ruft diese transversal zur x- und z-Achse und entlang der Nebenachse der Ellipse hervor.
Jede der x-, y- und z-Gradientenspulenanordnungen umfaßt eine Mehrzahl symmetrisch angeordneter Wicklungen oder Spulenschleifen. Eine Spulensteuereinrichtung 28 führt selektiv elektrischen Strom jeder Schleife dieser x-, y- und z-Gradientenspulen zu. Der Strom wird den Spulenschleifen derart zugeführt, daß die Stromflüsse durch einige der Schleifen jeder Spulenanordnung in einer ersten oder Uhrzeiqersinnrichtung vorliegen und durch die anderen Schleifen derselben Anordnung in einer entgegengesetzten oder Gegenuhrzeigersinnrichtung. Eine Gradientenfeldsteuereinrichtung 30 steuert die Stromsteuereinrichtugn 28 derart an, daß diese dazu veranlaßt wird, geeignete Stromimpulse an die Gradientenfeldwicklungen anzulegen, um so die ausgewählten Gradiendientenimpulse hervorzurufen.
Eine Resonanzanregeungseinrichtung umfaßt einen Hochfrequenzsender 42 zum Erzeugen von Hochfrequenzimpulsen eines geeigneten Frequenzspektrums zur Induzierung von Resonanz in ausgewählten Dipolen, die in der Untersuchungsregion angeordnet sind. Der Hochfrequenzsender ist mit einer Hochfrequenzantenne 44 verbunden, die angrenzend an die Untersuchungsregion positioniert ist, um so Hochfrequenzimpule in eine interessierende Region des Patienten oder eines anderen Gegenstandes in der Untersuchungsregion zu übertragen. Obgleich die Hochfrequenzantenne so dargestellt ist, daß sie umfangsmäßig um die Gradientenspulenanordnungen liegt, ist zu beachten, daß eine solche Antenne auch innerhalb der Gradientenspulenanordnungen angeordnet werden kann. Beispielswiese kann eine Oberflächenspule angrenzend an einen untersuchten Patienten oder anderen Gegenstand positioniert werden, um steuerbar Magnetresonanz einer ausgewählten angrenzenden Region des Patienten zu induzieren.
Eine Magnetresonanz-Empfangseinrichtung 50 umfaßt die Hochfrequenzspule 44, die im dargestellten Ausführungsbeispiel Hochfrequenzsignale sowohl aussendet als auch empfängt. Für andere Untersuchungen können auch separate Sende- und Empfangsspulen verwendet werden. Beispielsweise können Oberflächenspulen nur für den Empfang angrenzend an eine ausgewählte Region des Patienten angeordnet werden, um Resonanzsignale zu empfangen, die durch die Hochfrequenzspule 44 induziert werden. Ein Hochfrequenzempfänger 52 empfängt die Hochfrequenzsignale von der Antenne 44 Die empfangenen Hochfrequenzsignale werden demoduliert und zu einer Bilddarstellung rekonstruiert. Dabei wird speziell eine Fourier Transformationseinrichtung 54 eine inverse zweidimensionale schnelle Fourier-Transformation der Magnetresonanzsignale ausführen, um diese in eine Bilddarstellung zur Speicherung in einer Bildspeichereinrichtung 56 umzusetzen. Wie dies auf dem hier in Frage stehenden Gebiet üblich ist, kann das Bild eine planare Schicht durch den Patienten, eine Anordnung paralleler planarer Schichten, ein dreidimensionales Volumen oder dergleichen reprasentieren. Eine Anzeigeeinrichtung 58 wie ein Videomonitor liefert eine menschenlesbare Anzeige des resultierenden Bildes. Übrige konventionelle Verarbeitungseinrichtungen, die im Stand der Technik üblich sind, sind der Einfachheit halber bei der Darstellung weggelassen worden.
Die elliptische Gradientenspule 20 umfaßt im bevorzugten Ausführungsbeispiel zwei elliptische Wickelschablonen 60, 62, die aus einem nicht magnetischen und nicht leitenden Material hergestellt sind. Die beiden elliptischen Wickelschablonen oder Hülsen sind relativ zueinander so ausgelegt, daß sie engan liegend aufeinander gesetzt sind. Zwei der Spulen sind auf entgegengesetzten Seiten desselben elliptischen Zylinders oder derselben Wickelschablone ausgebildet, und die dritte Spule ist auf dem anderen ausgebildet. Alternativ kann eine der Oberflächen mit einem glatten oder ebenen Isolator abgedeckt sein und es kann die dritte Spule auf diesem ausgebildet sein.
Wie in der unten angeführten Tabelle dargestellt, führt ein Reduzieren der Gradientenspule von einem 55 cm-Kreis auf eine Ellipse zu einer Reduzierung der in ihr gespeicherten Energie.
Genauer gilt, daß wenn die Gradientenspule eine einzige Beschränkung oder Einschränkung aufweist, daß von einem linear sich ändernden Gradientenfeld in z-Richtung über eine 10m Region die in der Spule in Joules gespeicherte Energie für den Kreis 0,74 Joules beträgt, 0,49 Joules für eine Ellipse mit einer Hauptachse 2a von 55 cm und einer Nebenachse 2b von 45 cm und nur 0,41 Joules für einen elliptischen Querschnitt mit einer Hauptachse von 55 cm und einer Nebenachse von 40 cm. Wenn in der nächsten Spalte das Gradientenfeld weiter so beschränkt wird, daß es sowohl in x- als auch in y-Richtung konstant ist, nimmt die gespeicherte Energie zu. Wie jedoch aus den Spalten ersichtlich ist, die die Reduktion in Prozent angeben, speichert die Ellipse mit 45 cm Nebenachse 19 % weniger Energie als die Spule mit kreisförmigen Querschnitt und die Spule mit elliptischem Querschnitt und einer Nebenachse von 40 cm speichert 36 % weniger Energie als die Spule mit kreisförmigem Querschnitt. ENERGIE IN JOULES
Genauer wird die optimale Stromdichteverteilung Jθ (z) zur Gewinnung der minimalen gespeicherten Energie Wm für das gewünschte Magnetfeldmuster Bz durch die folgenden Gleichungen berechnet:
Diese Gleichungen repräsentieren eine Green-Funktion für die elliptische zylindrische Geometrie und die Lösungen für die elliptische z-Gradientenspule. In diesen Gleichungen werden die λj nach Lagrange-Multiplikatoren gelöst, Bz (xi, yi, zi) ist die Magnetflußdichte an Punkten xi, yi, zi, Wm ist die gespeicherte magnetische Energie, J(k&sub2;) ist die Fourier-Transformierte der Stromdichte Jθ(z). Die Gleichungen können für die Erzeugung von x- und y-Gradientenfelder/Spulen leicht abgestimmt werden.
Gemaß Fig. 2 markiert eine x-y-Symmetrie-Ebene 70 das Zentrum der z-Gradientenspule 22. Die Schleifen der z-Gradientenspule sind längs der elliptischen Oberfläche von der zentralen Ebene 70 zu den Eckschleifen 72, 72' verteilt. Die exakte Anzahl von Schleifen wird mit der Genauigkeit variieren, mit der die Gleichungen (1) bis (5) gelöst werden. 24 Schleifen auf jeder Seite der Symmetrie-Ebene werden im dargestellten Ausführungsbeispiel verwendet. Dabei fließt genauer in einer ersten Anordnung 74 aus vier Schleifen auf einer Seite der Symmetrie-Ebene der Strom in eine ersten Richtung. In einer spiegelbildlich hierzu liegenden Vier-Schleifen-Anordnung 74', die das Spiegelbild auf die andere Seite der symmetrischen Ebene darstellt, fließt der Strom in einer entgegengesetzten, zweiten Richtung. In einer dritten Schleifenanordnung 76 angrenzend an die erste Schleifenanordnung 74 fließt der Strom in der zweiten Richtung, d. h. entgegen der benachbarten ersten Vier-Schleifenanordnung 74. Analog weist eine vierte Schleifenanordnung 76' symmetrisch auf der anderen Seite der Symmetrie-Ebene 70 gelegen, einen Strom auf, der in der ersten Richtung, d. h. entgegengesetzt zur zweiten Schlaufenanordnung 76' fließt. In einer fünften Schleifenanordnung 78 angrenzend an die erste Schleifenanordnung fließt der Strom in der ersten Richtung, d. h. in derselben Richtung wie in der ersten Schleifenanordnung 74. In einer sechsten Schleifenanordnung 78', die von der fünften Schleifenanordnung das Spiegelbild um die Symmetrie-Ebene darstellt, fließt der Strom in der zweiten Richtung, d. h. in derselben Richtung wie in der zweiten Schleifenanordnung und entgegengesetzt zur vierten Schleifenanordnung. Im dargestellten Ausführungsbeispiel nimmt jede Stromschleife denselben Stromwert aus der Stromsteuereinrichtung 28 auf und die Beabstandung zwischen den Schleifen wird so eingestellt, daß die Stromdichte durch die Lösungsgleichungen (1) bis (5) vorgegeben ist. Selbstverständlich können die Schleifen eine konstante Beabstandung aufweisen und die Ströme für die Schleifen jeweils unterschiedliche Amplituden, um dieselben identifizierten Stromdichten zu erzielen.
Es ist zu beachten, daß die Einschränkungen in der x-, y- und z-Richtung infolge des elliptischen Querschnitts nicht symmetrisch sind. Diese fehlende Symmetrie erzeugt einen Artefakt, der durch die flip-flop-artige Änderung der Stromrichtung in den Schleifen 76, 76' ausgelöscht wird.
Die Spulen in der x- und y-Richtung werden wiederum durch die Lösungsgleichungen analog zu Gleichungen (1) bis (5) bestimmt, jedoch mit anderen Einschränkungen, d. h. einem sich in x- oder y-Richtung linear ändernden Gradienten und einem konstanten Verhalten in den anderen Richtungen.
Gemäß Fig. 3 ist wiederum die y-Gradientenspule symmetrisch um die Symmetrie-Ebene 70 und um eine y-z-Ebene. Eine erste Schleifenanordnung 80 und eine zweite Schleifenanordnung 80' sind symmetrisch um die Symmetrie-Ebene angeordnet. Dritte und vierte Spulenschleifenanordnungen 82 und 82' sind ebenfalls symmetrisch um die Symmetrie-Ebene. Die erste und zweite Spulenschleifenanordnungen korrigieren den Gradienten hinsichtlich Unregelmäßigkeiten, die durch die dritte bzw. vierte Schleifenanordnung erzeugt werden. Zusatzliche Schleifenanordnungen können symmetrisch um die Symmetrie-Ebene vorgesehen werden, um Korrekturen zweiter und höherer Ordnung vorzusehen. Die Stromsteuereinrichtung 28 legt elektrische Ströme an die Spulen derart an, daß der Strom in der ersten und zweiten Spulenschleifenanordnung in entgegengesetzten Richtungen fließt, d. h. einer ersten und einer zweiten Richtung. Die Stromsteuereinrichtung legt ferner die Ströme an die dritte und vierte Spulenanordnung derart an, daß der Stromfluß bezüglich dieser Anordnungen jeweils entgegengesetzt gerichtet ist und entgegengesetzt gerichtet relativ zu der nächstgelegenen der ersten und zweiten Spulenschleifenanordnung.
Spezieller weist die erste Spulenschleifenanordnung einen Strom in einer ersten Richtung auf, die zweite und die dritte Spulenschleifenanordnung weisen Ströme in einer zweiten Richtung auf und die vierte Spulenschleifenanordnung weist einen Strom in der ersten Richtung auf. Ein ähnlicher Satz von y-Gradientenspulenanordnungen ist auf der entgegengesetzten Seite der elliptischen Wickelschablone nach Spiegelung um eine x-z-Ebene angeordnet.
Die Fig. 4 zeigt ein exemplarisches Spulenwicklungsmuster für den x-Gradienten. Die x-Gradientenspule ist wiederum auf und um die Oberfläche einer der elliptischen Wickelschablonen gewickelt. Die x-Gradientenspule wiederum weist erste und zweite Spulenschleifenanordnungen 90, 90' auf, die symmetrisch zu jeder Seite der Symmetrie-Ebene 70 und um die x-z-Ebene angeordnet sind. Dritte und vierte Spulenanordnungen 92, 92' sind symmetrisch zur Symmetrie-Ebene und zur x-z-Ebene angeordnet. Die erste und zweite Spulenanordnung, die kleiner sind und dichter an der Symmetrie-Ebene liegen als die dritte und vierte Spulenschleifenanordnung, korrigieren den Gradienten, der durch die dritte bzw. vierte Schleifenanordnung erzeugt wird, bezüglich nicht-Linearitäten. Ein ähnlicher Satz aus vier Spulenanordnungen ist auf der entgegengesetzten Seite der Hauptachse der Ellipse spiegelbildlich um die y-z-Ebene angeordnet.

Claims

1. Apparat mittels magnetischer Resonanz, aufweisend:

eine Hauptmagnetfeldeinrichtung (10) zum Erzeugen eines Hauptmagnetfeldes längs einer z-Achse durch eine Untersuchungsregions (12) ; eine Resonanzanregungseinrichtung (42, 44) zur selektiven Erregung von Dipolen in der Untersuchungsregion (12) zu Resonanz; eine Magnetresonanz-Empfangseinrichtung (44, 52), die magnetische Hochfrequenzsignale empfängt, die von der Untersuchungsregion (12) ausgehen; eine elliptische z-Gradientenspulenanordnung (22), die Spulenwicklunge (74 bis 78') aufweist, die sich in Umfangsrichtung um einen Zylinder (60, 62) mit eiliptischem Querschnitt erstrecken, wobei die Spulenwicklungen (74 bis 78') auf entgegengesetzten Seiten einer Symmetrie-Ebene (70) symmetrisch angeordnet sind, die senkrecht zur z-Achse definiert ist; und

gekennzeichnet durch:

eine Stromversorgungseinrichtung (28), die den Spulenwicklungen (74 bis 78') derart elektrischen Strom zuführt, daß die Majorität von Spulenwicklungen (74, 76, 78) auf einer ersten Seite der Symmetrie-Ebene (70) einen Gesamtstromfluß in einer ersten Richtung um einen Umfang des Zylinders (60, 62) mit elliptischem Querschnitt aufweisen und zumindest eine (76) der Wicklungen (74, 76, 78) auf der ersten Seite der Symmetrie-Ebene einen Gesamtstromfluß in einer zweiten Richtung entgegengesetzt zur ersten Richtung aufweist und derart, daß die Majorität der Spulenwicklungen (74', 76', 78') auf einer zweiten Seite der Symmetrie-Ebene (70) einen Gesamtstromfluß in der zweiten Richtung aufweisen und zumindest eine (76') der Spulenwicklungen (74', 76', 78') auf der zweiten Seite der Symmetrie-Ebene (70) einen Gesamtstromfluß in der ersten Richtung aufweist.

2. Apparat mittels magnetischer Resonanz nach Anspruch 1, ferner aufweisend: eine x-Gradientenspulenanordnung (24), die Wicklungen (90-92') aufweist, die im wesentlichen längs des elliptischen Zylinders (60, 62) angeordnet sind, um Magnetfelder zu erzeugen, die längs der z-Achse und y-Achse konstant sind und die längs einer x-Achse linear variieren, wobei die x-y- und z-Achsen zueinander orthogonal sind.

3. Apparat mittels magnetischer Resonanz nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, ferner aufweisend: eine y-Gradientenspulenanordnung (26), die wickelungen (80 - 82') aufweist, die im wesentlichen längs des elliptischen Zylinders (60, 62) angeordnet sind, um Magnetfelder zu erzeugen, die längs der z-Achse und einer x-Achse konstant sind und die längs einer y-Achse linear variieren, wobei die x-, y- und z-Achsen zueinander orthogonal sind.

4. Apparat mittels magnetischer Resonanz nach Anspruch 1, in welchem die Untersuchungsregionen (12) einen im wesentlichen elliptischen Querschnitt mit einer x-Achse aufweist, die längs einer Hauptachse des elliptischen Querschnitts definiert ist, und einer y-Achse, die senkrecht zur x- und z-Achse entlang einer Richtung parallel zu einer Nebenachse des elliptischen Querschnitts definiert ist; und die Spulenwicklungen der z- Gradientenspulenanordnungen (22) in einer ersten und zweiten Spulenschleifenanordnung (74, 74') angeordnet, die symmetrisch auf gegenüberliegenden Seiten der x-y-Symmetrie-Ebene (70) und entlang der zylindrischen Oberfläche elliptischen Querschnitts (60, 62) angeordnet sind, die die Untersuchungsregion (12) umgibt, und eine dritte und vierte Spulenschleifenanordnung (76, 76'), die symmetrisch um die x-y-Symmetrie-Ebene (70) entlang der elliptischen zylindrischen Oberfläche (60, 62) angeordnet sind und weiter entfernt von der Symmetrie-Ebene (70) als die erste bzw. zweite Spulenschleifenanordnung (74, 74'), wobei jede der dritten und vierten Spulenschleifenanordnungen (76, 76') ferner symmetrisch bezüglich zumindest einer der x-z-Ebene und einer y-z-Ebene liegt, wobei die erste und dritte Spulenschleifenanordnung (74 und 76), die auf einer ersten Seite der Symmetrie-Ebene angeordnet sind, Gesamtströmflüsse in entgegengesetzten Richtungen aufweisen und die zweite und vierte Spulenschleifenanordnung (74 und 76'), die auf einer zweiten Seite der Symmetrie-Ebene (70) angeordnet sind, Gesamtstromflüsse in entgegengesetzte Richtungen aufweisen.

5. Apparat mittels magnetischer Resonanz nach Anspruch 4, in welchem erste und dritte Spulenschleifenanordnung (74, 76) einen Gesamtstromfluß im Uhrzeigersinn aufweisen und die zweite und vierte Spulenschleifenanordnung (74', 76') einen Gesamtstromfluß im Gegenuhrzeigersinn aufweisen.

6. Apparat mittels magnetischer Resonanz nach Anspruch 5, ferner aufweisend: eine fünfte Spulenschleifenanordnung (78) die angrenzend an die dritte Spulenschleifenanordnung (76) angeordnet ist und eine sechste Spulenschleifenanordnung (78'), die angrenzend an die vierte Spulenschleifenanordnung (76') angeordnet ist, wobei die fünfte Spulenschleifenanorndung (78) einen Gesamtstromfluß im Uhrzeigersinn aufweist und die sechste Spulenschleifenanordnung (78') einen Gesamtstromfluß im Gegenuhrzeigersinn aufweist.

7. Apparat mittels magnetischer Resonanz nach Anspruch 6, in welchem die elliptische zylindrische Oberlfäche (60, 62) ein Verhältnis von Höhe zu Breite von etwa 55 zu 45 aufweist.

8. Apparats mittels magnetischer Resonanz nach Anspruch 6, in welchem die im wesentlichen zylindrische elliptische Oberfläche ein Verhältnis von Höhe zu Breite zwischen 1:1 und etwa 55:40 aufweist.

9. Apparat mittels magnetischer Resonanz nach Anspruch 6, in welchem die erste, zweite, dritte, vierte, fünfte und sechste Spulenschleifenanordnung (74-78') ein Magnetfeld innerhalb der elliptischen Untersuchungsregion (12) erzeugt, das längs der x- und y-Achse konstant ist und linear längs der z-Achse variiert.

10. Apparat mittels magnetischer Resonanz nach Anspruch 9, in welchem das Magnetfeld längs der x- und y-Achse konstant ist und längs der z-Achse über eine Region linear variiert, die ein Verhältnis von Länge zu Breite zu Höhe von etwa 10:55:45 aufweist.

11. Apparat mittels magnetischer Resonanz nach Anspruch 9, in welchem das Magnetfeld längs der x- und y-Achse konstant ist und längs der z-Achse über eine Region linear variiert, die ein Verhältnis von Länge zu Breite zu Höhe von etwa 10:55:40 aufweist.

12. Apparat mittels magnetischer Resonanz nach einem der Ansprüche 4 bis 11, aufweisend: eine x-Gradientenmagnetfeldeinrichtung (24) zum Erzeugen eines Feldes, das im wesentlichen linear längs x-Achse variiert und längs der y- und z-Achse im wesentlichen konstant ist, wobei die x-Gradientenmagnetfeldeinrichtung (24) aufweist: eine erste und zweite x-Gradientenspulenschleifenanordnung (90, 90'), die symmetrisch auf den entgegengesetzten Seiten der Symmetrie-Ebene (70) angeordnet sind und auf einer Zylinderoberfläche (60, 62) im wesentlichen elliptischen Querschnitts liegen, wobei jeder der erste und zweiten x-Gradientenspulenschleifenanordnungen (90, 90') symmetrisch relativ zu einer x-z-Ebene liegt, dritte und vierte x-Gradientenspulenschleifenanordnungen (92, 92') , die symmetrisch auf entgegengesetzten Seiten der Symmetrie-Ebene (70) liegen und weiter entfernt als die erste und zweite x-Gradientenspulenschleifenanordnung (90, 90') entlang der elliptischen zylindrischen Oberfläche (60, 62), wobei die dritte und vierte x-Gradientenspulenschleifenanordnung (92, 92') jeweils symmetrisch relativ zur x-z-Ebene liegen, wobei die Stromversorgungseinrichtungen (28) den x-Gradientenspulenschleifenanordnungen (90, 90', 92, 92') derart elektrischen Strom zuführt, daß die erste und dritte x-Gradientenspulenschleifenanordnung (90, 92), die auf der ersten Seite der Symmetrie-Ebene (70) angeordnet sind, Gesamtströmflüsse in entgegengesetzten Richtungen aufweisen und die zweite und vierte x-Gradientenspulenschleifenanordnung (90', 92') Gesamtstromflüsse in entgegensetzten Richtungen aufweisen.

13. Apparat mittels magnetischer Resonanz nach einem der Ansprüche 4 bis 12, aufweisend eine: y-Gradientenmagnetfeldeinrichtung zum Erzeugen eines Feldes, das längs der y-Achse im wesentlichen linear variiert und längs der x- und z-Achse im wesentlichen konstant ist, wobei die y-Gradientenmagnetfeldeinrichtung (26) aufweist: eine erste und zweite y-Gradientenspulenschleifenanordnung (80, 80'), die symmetrisch auf entgegengesetzten Seiten der Symmetrie-Ebene (70) angeordnet sind, und auf einer im wesentlichen elliptischen zylindrischen Oberfläche (60, 62) liegen, wobei jede der erste und zweiten y-Gradientenspulenschleifenanordnungen (80, 80') symmetrisch relativ zu einer y-z-Ebene angeordnet ist, wobei die dritte und vierte y-Gradientenspulenschleifenanordnung (82, 82') symmetrisch auf den entgegengesetzten Seiten der Symmetrie-Ebene (70) angeordnet sind und weiter entfernt als die erste und zweite y-Gradientenspulenschleifenanordnung (80 80') längs der elliptischen zylindrischen Oberfläche (60, 62) , wobei die dritte und vierte Spulenschleifenanordnung (82, 82') jeweils symmetrisch relativ zur y-z-Ebene liegen, wobei die Stromversorgungseinrichtung (28) den y-Gradientenspulenschleifenanordnungen (80-82') derart elektrischen Strom zuführen, daß die erste und dritte y-Gradientenspulenanordnung (80, 82) Gesamtstromflusse in entgegengesetzten Richtungen aufweisen und die zweite und dritte Gradientenspulenschleifenanordnung (80', 82') Gesamtstromflüsse in entgegengesetzten Richtungen aufweisen.