DE69407848T2

DE69407848T2 - Magnetanordnung für die Bilderzeugung mittels magnetischer Resonanz

Info

Publication number: DE69407848T2
Application number: DE69407848T
Authority: DE
Inventors: Yuji Inoue; Koji Miyata
Original assignee: Shin Etsu Chemical Co Ltd; Yokogawa Medical Systems Ltd
Current assignee: Shin Etsu Chemical Co Ltd; GE Healthcare Japan Corp
Priority date: 1993-04-01
Filing date: 1994-03-23
Publication date: 1998-05-14
Anticipated expiration: 2014-03-24
Also published as: EP0618457A1; CN1097584A; EP0618457B1; DE69407848D1; JP2757104B2; US5382905A; CN1080105C; JPH06290937A

Description

Die Erfindung betrifft eine Magnetvorrichtung zum Erzeugen eines Magnetfelds zur Verwendung in der Kernspintomographie (MRI). Die Vorrichtung entspricht der Art mit zwei gegenüberliegend angeordneten Permanentmagneten.
Bei der MRI handelt es sich um ein Verfahren zur Erzeugung von Schnittbildern biologischer Gewebe, die in einem homogenen Magnetfeld angeordnet sind. In den aktuellen medizinischen Behandlungsmethoden ist dieses Verfahren als Diagnosewerkzeug überaus nützlich, um Querschnittbilder ausgewählter Teile des menschlichen Körpers zu erhalten.
Eine MRI-Vorrichtung hat eine Magneteinheit zum Erzeugen eines homogenen Magnetfelds in einem begrenzten, aber ausreichend breiten Raum innerhalb der Vorrichtung, und für diesen Zweck sind mehrere Arten von Magnetvorrichtungen bekannt.
Einige MRI-Vorrichtungen setzen ein Paar Permanentmagnetscheiben ein, die jeweils in Dickenrichtung magnetisiert sind. In einer Jochstruktur sind die beiden Magnetscheiben parallel und einander gegenüberliegend, gewöhnlich in einer senkrechten Richtung, so angeordnet, daß eine Polfläche einer Magnetscheibe zur gegenüberliegenden Polfläche der anderen weist. Beispielsweise hat die Jochstruktur ein Ober- und Unterplattenteil, an denen die beiden Magnetscheiben jeweils befestigt sind, sowie mehrere Säulenteile, die das Ober- und Unterplattenteil verbinden. Zur Erzeugung eines homogenen Magnetfelds innerhalb eines Zylinderraums zwischen den beiden Magnetscheiben, ist eine Polplatte (Polstück) in Form einer Scheibe mit einem Ringvorsprung in einem Umfangsbereich an der Polfläche jeder Magnetscheibe angeordnet. Die Polplatte ist aus einem ferromagnetischen Material hergestellt, z. B. aus Weicheisen. In manchen Fällen haben die Permanentmagnetscheiben jeweils ein Loch in einem Mittelbereich, und fur jede Magnetscheibe hat die Jochstruktur eine Öffnung, die zum Loch in der Magnetscheibe ausgerichtet ist. Zur Diagnose mit MRI-Vorrichtungen dieser Art wird der menschliche Körper teilweise und waagerecht in den Raum zwischen den beiden Magnetscheiben durch die Öffnungen in der Jochstruktur eingeführt.
Beim Bedienen einer MRI-Vorrichtung der vorstehend beschriebenen Art ist es für einen MRI-Techniker nicht einfach, den Zustand des Bildgebungsobjekts zu beobachten. Ist z. B. das Bildgebungsobjekt der Kopfteil eines menschlichen Körpers, muß der Techniker in den Bildgebungsraum in der Vorrichtung in eine Richtung längs des liegenden Patienten blikken, wobei es jedoch schwierig ist, den Zustand des Kopfteils oder den Ausdruck des Patienten klar zu erfassen, da der Abstand zwischen den beiden Magnetscheiben in der Vorrichtung nur etwa 50 cm beträgt. Soll diese Schwierigkeit durch Verbreitern des Abstands zwischen den beiden Magnetscheiben gelöst werden, entsteht ein Problem, daß sich das Magnetfeld in der Vorrichtung sowohl in Stärke als auch Homogenität verschlechtert. Sollte das Problem durch Verwendung großer Permanentmagnetscheiben gelöst werden, taucht ein weiteres Problem auf, das darin besteht, daß die MRI-Vorrichtung in der Herstellung teuer und unerwünscht groß wird.
Die Erfindung betrifft eine MRI-Magnetvorrichtung der vorstehend beschriebenen Art, und eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, die visuelle Beobachtung des Zustands des Bildgebungsobjekts zu erleichtern, z. B. des Kopfteils eines in die Vorrichtung eingeführten menschlichen Körpers, ohne die Größe der Magnetscheiben zu erhöhen und den Abstand zwischen den gegenüberliegenden Magnetscheiben zu verbreitern.
Die Erfindung stellt eine Magnetvorrichtung zum Erzeugen eines Magnetfelds zur Verwendung in der MRI bereit, wobei die Vorrichtung aufweist: ein Paar Permanentmagnetscheiben, die jeweils in Dickenrichtung magnetisiert sind und ein Loch in einem Mittelbereich haben, eine Jochstruktur, die in sich die beiden Permanentmagnetscheiben parallel und einander gegenüberliegend hält und für jede Permanentmagnetscheibe eine Öffnung hat, die zu dem Loch in jeder Permanentmagnetscheibe ausgerichtet ist, und ein Paar Polplatten, die an den gegenüberliegenden Flächen der beiden Permanentmagnetscheiben angeordnet sind, um ein homogenes Magnetfeld innerhalb eines Raums zwischen den beiden Permanentmagnetscheiben zu erzeugen. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Polplatte an jeder Permanentmagnetscheibe mit einem Loch ausgebildet ist, das zu dem Loch in der Magnetscheibe so ausgerichtet ist, daß ein im vorgenannten Raum angeordnetes Bildgebungsobjekt visuell durch das Loch in einer der Polplatten beobachtet werden kann.
Dadurch erleichtert die Erfindung die visuelle Beobachtung des Inneren der Vorrichtung durch eine äußerst einfache Einrichtung, ohne die Größe der Vorrichtung zu erhöhen oder die Herstellungskosten zu steigern. Ist der Kopfteil eines Patienten in die erfindungsgemäße Vorrichtung eingeführt, in der die beiden Permanentmagnetscheiben in senkrechter Richtung beabstandet sind, kann ein MRI-Techniker leicht und gut den Kopfteil genau von oberhalb des Gesichts des Patienten durch die ausgerichteten Löcher in der oberen Magnetscheibe und der Polplatte an der Magnetscheibe beobachten. Ferner können diese Löcher zur überwachung des Bildgebungsobjekts mittels einer Videokamera verwendet werden, die auf geeignete Weise außerhalb der Jochstruktur positioniert ist. Außerdem kann der Patient durch die gleichen Löcher blicken.
Zwecks Beobachtung reicht es aus, ein Loch in der Polplatte an einer der beiden Magnetscheiben auszubilden, wobei jedoch ein ähnliches Loch auch in der anderen Polplatte ausgebildet ist, um die Symmetrie der Vorrichtung beizubehalten und ein homogenes Magnetfeld zu erzeugen. Das Durchlochen der Polplatten kann eine gewisse Verschlechterung der Homogenität des Magnetfelds bewirken, wobei jedoch die Homogenität durch geeignetes Befestigen mehrerer kleiner Polstücke an den gegenüberliegenden Oberflächen der beiden Polplatten wiederhergestellt werden kann.
Fig. 1 ist eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Magnetvorrichtung, die in einer MRI-Vorrichtung verwendet wird;
Fig. 2 ist eine Seitenschnittansicht an der Linie 2-2 in Fig. 1; und
Fig. 3 zeigt eine bekannte Magnetvorrichtung in einer Schnittansicht ähnlich wie in Fig. 2.
Als eine Ausführungsform der Erfindung zeigen Fig. 1 und 2 eine Magnetvorrichtung zum Erzeugen eines homogenen Magnetfelds zur MRI. Die Vorrichtung hat ein Paar Permanentmagnetscheiben 10a und 10b, die jeweils in Dickenrichtung magnetisiert sind und ein Loch 12 in einem Mittelbereich haben. Die beiden Magnetscheiben 10a und 10b werden einander gegenüberliegend und parallel zueinander in einer Jochstruktur gehalten, die aus einem Ober- und Unterplattenteil 14a, 14b sowie vier Säulenteilen 16a, 16b, 16c, 16d besteht. In dieser Ausführungsform sind das Ober- und Unterplattenteil 14a und 14b des Jochs ein Paar rechtwinklige Platten, die einander gegenüberliegend und parallel zueinander angeordnet sind, und die vier Säulenteile 16a, 16b, 16c, 16d verbinden das Ober- und Unterplattenteil 14a, 14b jeweils in vier Eckbereichen. Die vier Säulenteile sind jeweils ein massives Zylinderteil. Es erübrigt sich, darauf zu verweisen, daß das Ober- und Unterplattenteil 14a, 14b des Jochs nicht unbedingt die Form flacher Platten haben, und wahlweise können das Ober- und Unterplattenteil 14a, 14b durch unterschiedlich gestaltete Jochteile verbunden sein. Beispielsweise kann anstelle der dargestellten vier Säulenteile ein Paar Wandplattenteile verwendet werden.
Die Permanentmagnetscheibe 10a ist an der Unterseite des Oberplattenteils 14a des Jochs befestigt, und die andere Permanentmagnetscheibe 10b an der Oberseite des Unterplattenteils 14b. Die beiden Magnetscheiben 10a und 10b sind genau einander gegenüberliegend in der Mitte des Säulenraums zwischen den beiden rechtwinkligen Plattenteilen 14a und 14b angeordnet, und der Südpol der Magnetscheibe loa weist zum Nordpol der gegenüberliegenden Magnetscheibe lob. Das Oberund Unterplattenteil 14a, 14b des Jochs haben jeweils ein Loch 17, das zum Loch 12 jeder Magnetscheibe 10a, 10b ausgerichtet ist. Gewöhnlich hat das Loch 17 den gleichen Durchmesser wie das Loch 12 jeder Magnetscheibe 10a, 10b.
An der Unterseite der Magnetscheibe 10a befindet sich eine runde Polplatte (Polstück) 18a, die aus einem ferromagnetischen Material, z. B. Weicheisen, hergestellt ist und den gleichen Durchmesser wie die Magnetscheibe 10a hat. Die Polplatte 18a hat einen Ringvorsprung 20 in einem Umfangsbereich, um im Umfangsbereich eine auf geeignete Weise vergrößerte Dicke zu haben. An der Oberseite der gegenüberliegenden Magnetscheibe 10b ist eine ähnliche Polplatte 18b befestigt. Die Polplatten 18a, 18b sind so gestaltet, daß ein homogenes Magnetfeld in einem Zylinder- oder Kugelraum zwischen den flachen Hauptflächen der beiden Polplatten erzeugt werden kann.
Erfindungsgemäß ist die an der oberen Magnetscheibe 10a befestigte Polplatte 18a mit einem Loch 22 in einem Mittelbereich so ausgebildet, daß das Loch 22 zu den Löchern 12 und 17 in der Magnetscheibe 10a und dem Oberplattenteil 14a des Jochs ausgerichtet ist. Gewöhnlich hat das Loch 22 den gleichen Durchmesser wie das Loch 12 der Magnetscheibe 10a. Das heißt, durch die ausgerichteten Löcher 22, 12, 17 steht das Innere der Jochzusammenstellung mit dem Äußeren in Verbindung. Das Loch 22 wird dazu verwendet, das MRI-Objekt, z. B. den Kopfteil eines menschlichen Körpers 30, zu beobachten. Zur Beibehaltung der Symmetrie der Magnetvorrichtung, um dadurch ein homogenes Magnetfeld in der Vorrichtung zu erzeugen, ist die Polplatte 18b an der unteren Magnetscheibe 10b ebenfalls mit einem Loch 22 ausgebildet, das zum Loch 12 der Magnetscheibe 10b ausgerichtet ist und den gleichen Durchmesser wie das Loch 22 in der oberen Polplatte 18a hat.
Zum Vergleich zeigt Fig. 3 eine bekannte Magnetvorrichtung, z. B. gemäß der EP-A-0228154, die grundsätzlich den gleichen Aufbau wie die Vorrichtung von Fig. 1 und 2 hat. In dieser Vorrichtung haben die beiden Magnetscheiben 10a und 10b jeweils ein Loch 12 in einem Mittelbereich, und das Jochplattenteil 14a, 14b an jeder Magnetscheibe hat ein Loch 17, das zum Loch 12 der Magnetscheibe ausgerichtet ist, wobei jedoch die Polplatten lBa, 18b kein Loch haben. Daher ist es unmöglich, das Innere der Magnetvorrichtung von oben zu beobachten.
Mit der erfindungsgemäßen Magnetvorrichtung ist es einfach, in das Innere der Vorrichtung durch das Loch 22 in der oberen Polplatte 18a zu blicken, um den Zustand des MRI-Objekts zu beobachten. Ferner kann eine Videokamera 28 oberhalb des Jochplattenteils 14a und oberhalb der ausgerichteten Löcher 17, 12, 22 vorgesehen sein, um das MRI-Objekt an einem entfernten Standort, z. B. einem Kontrollraum, zu überwachen. Ist der Kopfteil eines Patienten in die Vorrichtung eingeführt, kann außerdem der Patient durch die Löcher 22, 12, 17 hinausblicken, was das beklemmende Gefühl des Patienten abbaut, in einem geschlossenen Raum eingesperrt zu sein.
Bei unzulässiger Verschlechterung des Magnetfelds in der Vorrichtung durch die vorgesehenen Löcher 22 in den Polplatten 18a, 18b kann die Homogenität wiederhergestellt werden, indem das Magnetfeld durch Befestigen mehrerer kleiner Polstücke (zur Erläuterung in Fig. 2 mit 24 bezeichnet) an der Oberfläche jeder Polplatte 18a, 18b in einem geeigneten Muster eingestellt wird. Da die Einstellung eines Magnetfelds durch Befestigen kleiner Polstücke an den gegenüberliegenden Polstücken einer Magnetvorrichtung eine bekannte Technik ist, erübrigt sich eine nähere Beschreibung der kleinen Polstücke 24 in der Erfindung.
In einem Beispiel für die Vorrichtung von Fig. 1 und 2 war das Material der Permanentmagnetscheiben 10a, 10b ein Nd- Fe-B-Magnet mit einer magnetischen Restflußdichte von 13,2 kG und einem maximalen Energieprodukt von 42 MGOe. Die Magnetscheiben 10a, 10b hatten einen Durchmesser von 1100 mm und eine Dicke von 100 mm, und der Durchmesser des Lochs 12 betrug 80 mm. Sowohl das Loch 17 jedes Jochplattenteils 14a, 14b als auch das Loch 22 jeder Polplatte 18a, 18b hatten den gleichen Durchmesser von 80 mm. Der senkrechte Abstand zwischen den beiden Polplatten 18a und 18b betrug 500 mm. In einem Kugelraum mit einem Durchmesser von 300 mm in der Mitte zwischen den beiden Polplatten 18a und 18b wurde die Homogenität des Magnetfelds gemessen. Hatten die Polplatten 18a, 18b kein Loch wie in Fig. 3, betrug der Grad der Inhomogenität des Magnetfelds 45 ppm. Waren die Polplatten 18a, 18b jeweils mit dem Loch 22 ausgebildet, wurde das Magnetfeld durch Befestigen kleiner Polstücke 24 an der Oberfläche jeder Polplatte 18a, 18b nachgestellt, wodurch der Inhomogenitätsgrad des Magnetfelds 49 ppm wurde. Das heißt, aus praktischer Sicht konnte das Loch oder Fenster 22 in der Polplatte 18a ohne wesentliche Verschlechterung des Magnetfelds vorgesehen werden.

Claims

1. Magnetvorrichtung zum Erzeugen eines Magnetfelds zur Verwendung in der Kernspintomographie, wobei die Vorrichtung aufweist: ein Paar Permanentmagnetscheiben (10a, b), die jeweils in Dickenrichtung magnetisiert sind und ein Loch (12) in einem Mittelbereich haben, eine Jochstruktur (14a, b; 16a-d), die in sich das Paar Permanentmagnetscheiben parallel und einander gegenüberliegend hält und für jede Permanentmagnetscheibe eine Öffnung (17) hat, die zu dem Loch in jeder Permanentmagnetscheibe ausgerichtet ist, und ein Paar Polplatten (18a, b), die an den gegenüberliegenden Flächen des Paars Permanentmagnetscheiben angeordnet sind, um ein homogenes Magnetfeld innerhalb eines Raums zwischen den beiden Permanentmagnetscheiben zu erzeugen,

dadurch gekennzeichnet, daß jede des Paars Polplatten mit einem Loch (22) ausgebildet ist, das zu dem Loch in jeder Permanentmagnetscheibe so ausgerichtet ist, daß ein in dem Raum angeordnetes Bildgebungsobjekt (30) visuell durch das Loch in einer der Polplatten beobachtet werden kann.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, ferner mit einer Videokamera (28), die außerhalb der Jochstruktur positioniert ist, um auf das Bildgebungsobjekt durch das Loch in der einen der Polplatten zu blicken.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, ferner mit mehreren kleinen Polstücken (24), die an der Oberfläche jeder der Polplatten befestigt sind, um die Homogenität des Magnetfelds wiederherzustellen, die durch Ausbilden des Lochs in jeder Polplatte verschlechtert ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei das Loch in jeder Polplatte den gleichen Durchmesser wie das Loch in jeder Permanentmagnetscheibe hat.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei jede Polplatte eine runde Platte mit dem gleichen Durchmesser wie jede Permanentmagnetscheibe ist und einen Ringvorsprung (20) in einem Umfangsbereich hat.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei sich das Paar Permanentmagnetscheiben senkrecht einander gegenüberliegend befindet.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Jochstruktur aufweist: ein Paar Plattenteile (14a, b), an denen das Paar Permanentmagnetscheiben befestigt ist, und mehrere Säulenteile (16a-d), die außerhalb des Umkreises der Permanentmagnetscheiben positioniert sind und das Paar Plattenteile verbinden.