DE69431933T2

DE69431933T2 - Gradientenspulen

Info

Publication number: DE69431933T2
Application number: DE69431933T
Authority: DE
Inventors: Gordon D. Demeester; Michael A Morich; John L. Patrick
Original assignee: Marconi Medical Systems Inc
Current assignee: Philips Nuclear Medicine Inc
Priority date: 1993-06-21
Filing date: 1994-06-03
Publication date: 2003-08-28
Anticipated expiration: 2014-06-04
Also published as: EP1061379B1; DE69431933D1; EP1061379A2; DE69428628D1; DE69428628T2; EP0629874A1; US5424643A; JPH07303624A; JP3579838B2; EP0629874B1; EP1061379A3

Description

Die Erfindung betrifft Gradientenspulen. Sie findet insbesondere Anwendung in Verbindung mit Gradientenspulenentwürfen für Magnetresonanz-Bildgebungsvorrichtungen vom Typ einer Lage oder eines "Fingerabdrucks" und wird unter besondere Bezugnahme auf diese beschrieben. Es ist jedoch zu beachten, dass die vorliegende Erfindung auch Anwendung in Verbindung mit der Erzeugung von Magnetfeldern und Gradienten für andere Anwendungen finden wird.
Bisher enthielten Magnetresonanz-Bildgebungsvorrichtungen einen supraleitenden Magneten, der ein zeitlich konstantes primäres Magnetfeld durch eine zentrale Öffnung hindurch erzeugte. Eine Reihe ringförmiger Gradientenmagnetfeldspulen zum Erzeugen von x-, y- und z-Magnetfeldgradienten waren an der Innenseite der Öffnung montiert. Ein ringförmige Hochfrequenzspule war üblicherweise innerhalb der Gradientenspulen angeordnet, um Hochfrequenzsignale in die Öffnung zu senden und hochfrequente Magnetresonanzsignale von einem Subjekt in der Öffnung zu empfangen. Den Gradienten- und Hochfrequenzspulen wurden Stromimpulse zugeführt, um eine Reihe von HF- und Gradientenfeldimpulsen herkömmlicher Magnetresonanz-Bildgebungssequenzen zu erzeugen.
Zum Erzeugen der x-, y- und z-Magnetfeldgradienten sind verschiedene Spulenkonstruktionen verwendet worden. Eine Art von Gradientenspulen beinhaltet eine flexible dielektrische Trägerschicht, die mit einer Lage aus Kupfer oder einem anderen leitfähigen Folienmaterial beschichtet wurde. Durch Schneiden, Fräsen oder Ätzen der leitfähigen Lage wurde in einem allgemein spiralartigen Muster ein Spulenmuster gebildet. Die zwischen dem Spiralschnitt verbleibende leitfähige Lage sorgte für einen allgemein spiralförmigen oder fingerabdruckähnlichen Strompfad. Siehe beispielsweise US-Patent Nr. 5.177.442 von Römer oder das US-Patent Nr. 4.840.700 von Edelstein. Das leitfähige Muster stellt eine Näherung eines kontinuierlichen Stromdichtevektors J dar. Mathematisch ist die Stromdichte J = rot S, wobei S eine Strömungsfunktion ist, die Umrisse der konstanten integrierten Stromdichte darstellt. Es wird eine Anzahl von Windungen N ausgewählt, und die Spule wird als Muster mit N+1 Umrissen, alle mit konstantem S, strukturiert, welche sich in der Größe durch einen Betrag ΔS = Smax/N unterscheiden. Hypothetischer Umrisse, von diesen um ΔS/2 versetzt, stellen ein gewünschtes Muster zur Anordnung von Filamentdrähten dar, um J anzunähern.
Die durch dieses Verfahren erzeugten Umrisslinien bestimmen das Bearbeitungsmuster oder die Schnittlinien. Die Schnittlinien wurden gebildet, indem eine konstante Breite des Leitermaterials entfernt wurde, wodurch eine elektrische Diskontinuität oder Lücke erzeugt wurde, welche das Windungsmuster definiert. Typischerweise besteht die leitfähige Lage aus Kupfer und weist eine Dicke zwischen 1 und 2 mm auf. Die Schnittlinien sind typischerweise 2 mm breit, d. h. etwa genau so breit wie die Dicke der Lage.
Weil sich die Stromdichtefunktion J über die Breite der Lage ändert, führt dieser Vorgang des Entfernens einer Schnittlinie mit konstanter Breite, um das Spulenmuster zu definieren, zu Leitern mit veränderlicher Breite. In den breiten Bereichen kann sich der Strom verteilen und wird in den schmalen Leiterbereichen konzentriert, sodass die gewählte Stromdichte J besser erreicht wird.
Eine der Schwierigkeiten, die sich ergibt, besteht darin, dass in Bereichen hoher Stromdichte nur schmale Segmente des Leiters zwischen den Schnittlinien verbleiben, beispielsweise eine Breite von etwa 4 mm. Diese Verringerung der Leiterbreite von einer größeren nominalen Breite, z. B. 6 mm, ist nachteilig. Der Leitungsverlust 12R erhöht sich mit der Erhöhung der Stromdichte in den schmalen Bereichen deutlich. Darüber hinaus erhöht sich auch die Wärmeerzeugungsrate ρJ² (wobei ρ der spezifische elektrische Widerstand ist) in den Bereichen hoher Stromdichte deutlich. Die Verringerung der Leiterbreite von 6 mm nach 4 mm erhöht den Leistungsverlust um einen Faktor von etwa 1,5 und erhöht die Wärmeerzeugungsrate um einen Faktor von etwa 2,25. Die lokale Spulenerwärmung ist ein wesentlicher Nachteil des Standes der Technik.
Ein weiterer Nachteil des Standes der Technik besteht darin, dass die breiteren Abschnitte des Leiters Wirbelströme unterstützen. Die Gradientenspule enthält üblicherweise eine geschichtete Anordnung von x-, y- und z-Spulen. Alle drei sind sehr dicht beieinander montiert und werden gepulst angesteuert. Wenn eine Spule mit einem Stromimpuls angesteuert wird, induziert das resultierende Magnetfeld Wirbelströme in benachbarten Leitern, überall wo dies möglich ist. Diese Wirbelströme reduzieren das ansteuernde Magnetfeld und haben eine zugehörige Abfallzeit. Da die benachbarten Spulen ebenfalls Fingerabdruck-Spulen sind, haben die für Wirbelströme verfügbaren Strompfade eine nicht konstante räumliche Verteilung. Somit sind die Wirbelstrommuster dem Steuerfeld räumlich unähnlich. Sowohl die erhöhte Dauer des zeitlichen Abfalls als auch die räumliche Unähnlichkeit sind bei Magnetresonanzanwendungen nachteilig. Außerdem führt das durch die Unterschiede der Spannungen zwischen benachbarten Spulen erzeugte elektrische Feld zu kapazitiver Kopplung. Das Aufladen dieser Kapazität weist ebenfalls eine zugehörige Zeitkonstante auf. Normalerweise ist es wünschenswert, die mit diesem Vorgang verbundenen Zeitkonstanten und Ströme gleichfalls zu minimieren.
Drahtgewickelte Gradientenspulen haben ebenfalls Nachteile. Die Drahtbreite ist durch den minimalen Abstand zur Trennung der Umrisse begrenzt, und die Höhe/Dicke des Drahtes ist durch die Beschränkungen des radialen Aufbaus begrenzt. Zum Wickeln der gesamten spiralförmigen Spule wird der kleinste Querschnitt verwendet. Dies führt zu einer Spule mit größerem Widerstand und einer höheren Gesamtwärmeerzeugung.
Die vorliegende Erfindung verschafft eine neue und verbesserte Gradientenspulenkonfiguration.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Magnetresonanz-Bildgebungsvorrichtung verschafft mit: einer allgemein torischen Magnetanordnung zum Erzeugen eines allgemein homogenen Magnetfeldes durch einen Untersuchungsbereich entlang der z-Achse eines xyz-Koordinatensystems der Bildgebungsvorrichtung, wobei die Magnetanordnung ein allgemein zylindrisches Element aufweist, welches eine Öffnung definiert, die sich entlang der z-Achse um den Untersuchungsbereich herum erstreckt; einer Gradientenspulenanordnung zum Bewirken von Magnetfeldgradienten in der Öffnung entlang der x-, y- und z-Achse; einer Hochfrequenzspulenanordnung, die in der Öffnung angeordnet ist, zum Senden von Hochfrequenzimpulsen in den Untersuchungsbereich, um eine magnetische Resonanz ausgewählter Dipole in dem Untersuchungsbereich zu induzieren und zu manipulieren; einem Sequenzsteuerungsmittel zum Steuern der Gradientenspulenanordnung und der Hochfrequenzspulenanordnung, um Magnetresonanz- Bildgebungsgradienten- und HF-Impulssequenzen zu erzeugen; einem Bildrekonstruktionsmittel zum Rekonstruieren von Bilddarstellungen aus den aus dem Untersuchungsbereich ausgehenden Magnetresonanzsignalen; wobei die Gradientenspulenanordnung folgendes enthält: eine Gradientenspule, die vier elektrisch miteinander verbundene erste Spulenkonstruktionen enthält, zwei an jeder Seite einer zentralen xy-Ebene durch den Untersuchungsbereich, wobei jede erste Spulenkonstruktion benachbart zu der zentralen Ebene angeordnet ist und sich umfangsmäßig etwa halb um einen Zylinder erstreckt; eine zweite Gradientenspule, die vier zweite Spulenkonstruktionen enthält, zwei an jeder Seite der zentralen Ebene, wobei jede zweite Spulenkonstruktion benachbart zu der zentralen Ebene angeordnet ist und sich umfangsmäßig etwa halb um den Zylinder erstreckt, wobei die zweite Gradientenspule zu der ersten Gradientenspule um 90º um den Zylinder herum gedreht ist, wobei alle ersten und zweiten Spulenkonstruktionen eine elektrisch leitfähige Schicht enthalten, welche durch Schnittlinien in ein allgemein spiralförmiges, elektrisch leitfähiges Windungsmuster unterteilt ist, wobei das Windungsmuster zumindest einen Bereich hoher Stromdichte aufweist, in welchem Windungen des Windungsmusters eine Breite unterhalb einer vorgewählten minimale Breite aufweisen, wobei Windungen in Bereichen des Windungsmusters mit niedrigerer Stromdichte zumindest die vorgewählte minimale Breite aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnittlinien in dem Bereich hoher Stromdichte schmaler sind als in den Bereichen niedrigerer Stromdichte.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Gradientenspulenanordnung verschafft, die eine Vielzahl elektrisch miteinander verbundener Spulenkonstruktionen enthält, wobei jede der Spulenkonstruktionen eine elektrisch leitfähige Schicht aufweist, welche durch Schnittlinien in ein allgemein spiralförmiges, elektrisch leitfähiges Windungsmuster unterteilt ist, wobei das Windungsmuster mindestens einen Bereich hoher Stromdichte aufweist, in dem Windungen des Windungsmusters schmaler als eine vorgewählte minimale Breite sind, wobei die Windungen in anderen Bereichen des Windungsmusters zumindest die vorgewählte minimale Breite aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnittlinien in dem Bereich hoher Stromdichte schmaler sind als in den anderen Bereichen.
Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren verschafft zum Bilden einer Gradientenspulenkonstruktion aus einer leitfähigen Schicht, die auf ein dielektrisches Substrat laminiert worden ist, wobei das Verfahren umfasst: Auswählen einer allgemein spiralförmigen Schwerpunktlinie des Stromwindungsmusters, Vergleichen eines Abstandes zwischen benachbarten Schwerpunktlinien mit einer ersten vorgewählten Breite; in Bereichen, in welchen der Abstand schmaler ist als die erste vorgewählte Breite, Definieren einer Schnittlinie durch die leitende Schicht mit einer ersten Schnittlinienbreite und in Bereichen, in welchen der Abstand die erste vorgewählte Breite überschreitet, Definieren einer Schnittlinie mit einer zweiten Schnittlinienbreite zwischen benachbarten Schwerpunktlinien, wobei die erste Schnittlinienbreite kleiner ist als die zweite Schnittlinienbreite.
Ein Vorteil einer Vorrichtung und eines Verfahrens, die die vorliegende Erfindung verkörpern, besteht darin, dass ein Aufheizen in Bereichen mit hoher Stromdichte reduziert wird.
Ein weiterer Vorteil einer Vorrichtung und eines Verfahrens, die die vorliegende Erfindung verkörpern, besteht darin, dass Leistungsverlust in den Gradientenspulen verringert wird.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Magnetresonanz-Bildgebungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 eine Draufsicht eines Viertels einer flach ausgelegten x- oder y- Gradientenspule;
Fig. 3 eine Vergrößerung eines Abschnitts der Spulenkonstruktion von Fig. 2 und
Fig. 4 eine Querschnittsansicht einer zu der von Fig. 2 alternativen Gradientenspule.
Bezugnehmend auf Fig. 1 erzeugen mehrere supraleitende Magnetfeldspulen 10 ein im Wesentlichen zeitlich konstantes Hauptmagnetfeld entlang einer Längs- oder x- Achse einer zentralen Öffnung 12. Die x- und y-Achsen sind senkrecht zu der z-Achse und zueinander definiert, z. B. horizontal und vertikal. Die Spulen des supraleitenden Magneten werden von einem Spulenkörper 14 gehalten und sind in einem torischen Heliumgefäß oder -behälter 16 aufgenommen. Das Heliumgefäß ist mit flüssigem Helium gefüllt, um den supraleitenden Magneten auf einer Temperatur zu halten, bei der er supraleitend ist. Eine Spulenanordnung 18 zur Abschirmung des Hauptmagnetfeldes erzeugt ein Magnetfeld, das in Bereichen, die den supraleitenden Magneten umgeben, dem von dem supraleitenden Magneten 10 erzeugten Feld entgegengesetzt ist.
Um das Abdampfen von Helium zu reduzieren, ist das torische Heliumgefäß 16 von einer ersten Kälteabschirmung 20 umgeben, die auf etwa 20 K oder weniger gehalten wird. Eine zweite Kälteabschirmunganordung 22 wird auf etwa 70 K oder weniger gekühlt. Die erste und die zweite Kälteabschirmung werden vorzugsweise durch mechanische Kälteerzeugung (nicht abgebildet) gekühlt. Vorzugsweise enthält die Kälteabschirmung 22 einen zylindrischen Kälteabschirmungsabschnitt in Form einer mit Schlitzen versehenen Röhre, die auf einem zylindrischen dielektrischen Spulenkörper montiert ist. Ein torisches Vakuumgefäß 24 umgibt die Kälteabschirmungen, um um diese herum einen Vakuumraum zu definieren. Das Vakuumgefäß 24 beinhaltet ein zylindrisches Nichteisenelement 26, das die Öffnung 12 definiert und sich parallel zu der z-Achse erstreckt. Das Hauptmagnetfeld wird durch das zylindrische Element 26 hindurch erzeugt. Vorzugsweise sind zwischen dem Vakuumgefäß und den Kälteabschirmungen Schichten aus aluminierter (aluminiumbeschichteter) Mylar-Superisolation (nicht abgebildet) angeordnet.
In der Öffnung ist eine HF-Spulenanordnung 30 montiert. Die HF- Spulenanordnung enthält eine primäre HF-Spule 32 und eine HF-Abschirmung oder sekundäre Spule 34. Die primäre Spule 32, vorzugsweise eine Quadratur- oder eine Vogellkäfigspule, weist einen Innendurchmesser von vorzugsweise mindestens 55 cm auf, der eine Patientenaufnahmeöffnung definiert.
Eine Gradientenspulenanordnung 40 enthält eine primäre Ganzkörpergradientenspulenanordnung 42 und eine sekundäre Spulenanordnung 44. Die primäre Gradientenspulenanordnung 42 enthält einen zylindrischen dielektrischen Spulenkörper 46. Vorzugsweise hat der Spulenkörper eine ausreichende Dicke, um unter den Kräften, die mit der Erzeugung der Magnetfeldgradienten verbunden sind, seine strukturelle Einheit beizubehalten, z. B. 5-10 mm glasfaserverstärketer Kunststoff, vorzugsweise etwa 7,5 mm. Der Spulenkörper 46 weist eine Reihe von Rillen auf, die in seiner Außenfläche definiert oder eingeschnitten sind, um die Windungen einer z-Gradientenspule 50 aufzunehmen.
Die HF-Abschirmung 34, vorzugsweise überlappende Streifen aus Kupferfolie oder ein feines Kupfernetz, ist an der Außenfläche des Spulenkörpers 46 und durch die die z-Spule aufnehmenden Rillen aufgebracht. Das HF-Abschirmnetz kann durch eng gewickelte z-Gradientendrahtwicklungen in die Rillen hinein verformt sein, kann in die Rillen eingepasst sein, kann angelötete Segmente aufweisen, die sich durch die Rillen erstrecken oder Ähnliches. Die Rillen haben eine Tiefe, die allgemein der Dicke der z-Gradientenspulen entspricht, sodass, nachdem die z-Gradientenspulen eingesetzt sind, eine im Wesentlichen kreiszylindrische Oberfläche angeboten wird, um die x- und y Gradientenspulen 52, 54 aufzunehmen.
Es werden auch verschiedene alternative Ausführungsformen erwogen. Erstens kann die primäre z-Gradientenspule 50 entweder eine verteilte oder eine gebündelte Spule sein. Zweitens kann die Spule mit einem Hohlleiter konstruiert sein, um eine Kühlflüssigkeit umlaufen zu lassen. Dies würde den Kühlwirkungsgrad verstärken, sodass höhere Leistungspegel und Gradientenstärken möglich wären. Schließlich muss die z-Gradientenspule nicht nahe der HF-Abschirmung angeordnet sein, sondern kann etwas entfernt liegen.
Weiterhin auf Fig. 1 bezugnehmend und insbesondere auf Fig. 2 bezugnehmend weisen die x- und y-Gradientenspulen 52, 54 jeweils vier Windungen des in Fig. 2 gezeigten Musters auf. Zwei dieser Konstruktionen sind so montiert, dass die Ränder 56 allgemein aneinander grenzen und auf einer vertikalen zentralen Ebene 58 der Öffnung liegen. Die beiden Konstruktionen sind um die Hälfte des dielektrischen Spulenkörpers 46 gewickelt. Ein analoges Paar aus Konstruktionen ist auf der gegenüber liegenden Seite des dielektrischen Spulenkörpers befestigt, wobei deren Ränder 56 wiederum an die zentrale vertikale Ebene 58 grenzen. Die Konstruktionen sind so um den Spulenkörper gewickelt, dass die Ränder 60 der gegenüber liegend angeordneten Konstruktionen aneinander grenzen. Die x- und y-Gradientenspulen sind im Wesentlichen eineinander gleich, aber die eine ist bezüglich der anderen um 90º um die zentrale oder z-Achse gedreht. Die vier Spulenkonstruktionen einer der Gradientenspulen, z. B. der x-Gradientenspule, sind auf dem dielektrischen Spulenkörper 46 um die HF-Abschirmung 34 und die z-Gradientenspule 50 herum montiert, und die Anordnung ist in Epoxid eingebettet. Die vier Spulenkonstruktionen der anderen Gradientenspule, z. B. der y-Gradientenspule, sind um die eingebettete x- Gradientenspule herum montiert und ebenfalls in Epoxidharz oder einem anderen dielektrischen Material eingebettet. Vorzugsweise sind die Konstruktionen der außen angebrachten Gradientenspule zwischen den Rändern 60 um einen geeigneten Prozentsatz erweitert, um den größeren Durchmesser, um den diese montiert ist, zu kompensieren.
Weiterhin auf Fig. 2 bezugnehmend und darüber hinaus auf Fig. 3 bezugnehmend wird für jede Spulenkonstruktion eine gewünschte Stromdichte J berechnet und eine Schwerpunktlinie 62 der Stromdichte J bestimmt. Die berechnete spiralförmige Schwerpunktlinie markiert das Windungsmuster, welchem eine ideale Filamentspule folgen würde. Zwischen benachbarten Schwerpunktlinien werden Schnittlinien 64 definiert. Eine Breite des leitfähigen Streifens, die als der Abstand 66 zwischen zwei benachbarten Schwerpunktlinien definiert ist, wird bestimmt und mit einer vorgewählten minimalen Breite, z. B. 7 mm, und einer vorgewählten maximalen Breite, z. B. 12 mm, verglichen. Dort, wo die leitfähigen Streifen eine Breite 66 haben würden, die geringer ist als das vorgewählte Minimum, wird der Bereich 68 hoher Stromdichte definiert. Dort, wo die Breite 66 über dem vorgewählten Maximum liegen würde, wird ein Bereich 70 mit niedriger Stromdichte definiert. Weiterhin auf die Fig. 2 und 3 und darüber hinaus auf Fig. 4 bezugnehmend enthält die Spulenkonstruktion in der bevorzugten Ausführungsform eine dielektrische Schicht 72, auf die ein 2 mm dicker Film 74 aus Kupfer geschichtet ist. In den Bereichen 68 hoher Stromdichte werden vorzugsweise durch einen Schnittvorgang mit einem Hochdruckwasserstrahl oder einer anderen numerisch gesteuerten Bearbeitungseinrichtung schmale Schnittlinien 76 gebildet. In der bevorzugten Ausführungsform sind die schmalen Schnittlinien 76 etwa 1 mm breit oder schmaler.
In den Bereichen 68 höherer Stromdichte beträgt die Breite 66 der Kupferfolienwindungen 6 mm oder weniger. Bei dieser schmalen Breite bleibt bei Schnittlinien von 1 mm ein deutlich höherer Prozentsatz leitfähigen Materials übrig, als es bei Schnittlinien von 2 mm der Fall wäre. In Bereichen, in denen die Breite 66 zwischen 7 und 12 mm liegt, werden breite Schnittlinien 78 mit Breiten von etwa 2 mm geschnitten. Obwohl diese Bereiche auch mit Schnittlinien von 1 mm geschnitten werden könnten, können Schnittvorgänge für 1 mm deutlich kostspieliger sein als Schnittvorgänge für 2 mm.
In den Bereichen 70 niedriger Stromdichte ist der Abstand der Schnittlinien auf eine vorgewählte Breite beschränkt. z. B. auf 12 mm Mittenabstand. Dies begrenzt die Breite des leitfähigen Abschnitts der Spule auf 12 mm minus die 2 mm Dicke der Schnittlinie, d. h. 10 mm. Vorzugsweise sind die Schnittlinien so positioniert, dass die Breite der leitfähigen Spulensegmente in der gesamten Spule so nahe wie möglich bei 12 mm liegt. Wenn die Breite zwischen Schnittlinien in den Bereichen niedriger Stromdichte begrenzt wird, werden Inseln 80 gebildet. Vorzugsweise werden die Inseln 80 oder zumindest die größeren Inseln entfernt. Sehr kleine Inseln, die schmaler als die Breite der Leiter sind, unterstützen keine wesentlichen Wirbelströme und können belassen werden. Optional können die größeren Inseln, anstatt sie zu entfernen, in kleinere Teile geschnitten werden, um zu verhindern, dass sie große Wirbelströme aufrechterhalten. Außerdem sei bemerkt, dass die festgelegten minimalen und maximalen Breiten in Abhängigkeit von speziellen Anwendungen geändert werden können.
Zur Beschränkung von Wirbelströmen können verschiedene zusätzliche Techniken angewendet werden. Zunächst kann, wie in Fig. 4 dargestellt, eine zweite Folienschicht 82 auf der gegenüber liegenden Seite der dielektrischen Schicht angebracht werden. Bei zwei leitfähigen Schichten kann jede Schicht halb so dick sein. Somit werden alle in den Leitern induzierten Wirbelströme eine kürzere Zeitkonstante aufweisen. Darüber hinaus braucht das Windungsmuster der beiden leitfähigen Schichten nicht dasselbe zu sein. Vielmehr kann die Stromdichte J mit doppelt so vielen, d. h. 2 N, Schleifen berechnet werden, wobei auf jeder Fläche abwechselnd Schleifen definiert sind. Jeweils abwechselnde der N Schleifen können auf gegenüber liegenden Seiten gebildet sein, was ermöglicht, dass jede Schleife in dem Bereich hoher Stromdichte doppelt so breit ist. Als weitere Alternative kann die zweite leitfähige Schicht 82 nur in dem Bereich 68 hoher Stromdichte gebildet sein. Die Schnittlinien liegen direkt aufeinander, sodass analoge leitfähige Streifen auf beiden Seiten der Bereiche hoher Stromdichte gebildet werden. Elektrische Verbinder wie etwa Kupferstifte 84 werden durch die dielektrische Schicht gebohrt, um die oberen und die unteren leitfähigen Streifen miteinander zu verbinden. Die leitfähigen Streifen auf der Ober- und der Unterseite brauchen nicht dieselbe Dicke zu haben. Vielmehr kann die Dicke einer der Schichten oder beider Schichten so angepasst werden, dass die gemeinsame Stromleitungskapazität der oberen und unteren Streifen mit der Stromleitungskapazität der Streifen in anderen Bereichen der Spulenkonstruktion übereinstimmt. Die Verwendung dünnerer Leiter ist insofern vorteilhaft, als diese das Definieren der Schnittlinien mit Hilfe von Photoätztechniken erleichtern. Als weitere Alternative kann die Dicke der leitfähigen Schicht so angepasst werden, dass sie in den Bereichen niedrigerer Stromdichte dünner und in den Bereichen höherer Stromdichte dicker ist. Wenn Leiterabschnitte so breit wären, dass sie Wirbelströme unterstützen könnten, können zusätzliche Schnittlinien verwendet werden, um diese Abschnitte in mehrere parallele Leiter zu teilen, die elektrisch parallel geschaltet sind.
Wiederum auf Fig. 1 bezugnehmend wird der Gradientenspulenkörper 46 mittels mehrerer I-Träger aus Kunststoff oder anderer mechanischer Strukturen 90 an der Innenfläche des zylindrischen Elementes 26 des supraleitenden Magneten angebracht. Die I-Träger oder anderen mechanischen Strukturen 90 bilden eine ausreichend große Lücke, um Shims (nicht abgebildet) für das Hauptmagnetfeld aufzunehmen, typischerweise mehrere Elemente aus Eisen, zum Shimmen der Homogenität des Hauptmagnetfeldes. Vorzugsweise ist ein Ring von etwa 33 mm zwischen dem primären Gradientenspulenkörper 46 und dem zylindrischen Element 26 vorgesehen. Dieser verschafft Durchführungen für Luftkühlung, versetzt die primäre und die Abschirmgradientenspule um einen maximalen Betrag zueinander und verschafft ein Aufnahmefach, in das die Shims für das Magnetfeld zum Shimmen der Homogenität des Hauptmagnetfeldes eingesetzt werden können.
Die sekundäre Gradientenspule 44 enthält das zylindrische Element 26, das vorzugsweise Rillen zur Aufnahme einer z-Gradientenabschirmspule 92 aufweist. Die x- und y-Gradientenabschirm- oder sekundären Spulen 94, 96 sind auf dem kreisförmigen Außenrand des Spulenkörpers 26 angebracht und in eine Epoxidverbindung eingebettet. Die primäre und die sekundäre Gradientenspule werden in Reihe geschaltet oder werden unabhängig voneinander angesteuert, um exakte Gradientenmagnetfelder in der Öffnung 12 zu erzeugen und Magnetfelder außerhalb der Öffnung, insbesondere in dem Vakuumgefäß, auszulöschen.
Ein Sequenzsteuerungsmittel 100 steuert ein Gradientenspulensteuerungsmittel 102 und einen Sender 104. Die Gradientenspulensteuerung 102 ist mit einer Reihe von Stromimpulsgeneratoren 106 verbunden, die wiederum mit den primären Gradientenspulen 50, 52, 54 und den sekundären Gradientenspulen 92, 94, 96 verbunden sind. Der Sender 104, vorzugsweise ein digitaler Sender, ist mit der primären Hochfrequenzspule verbunden, um Impulse hochfrequenter Signale zu erzeugen, um in ausgewählten Dipolen eines Abschnitts eines Subjektes in der Öffnung magnetische Resonanz anzuregen und zu manipulieren. Ein Hochfrequenzempfänger 108, vorzugsweise ein digitaler Empfänger, ist mit der primären Hochfrequenzspule oder Oberflächenspulen (nicht abgebildet) verbunden, um die von dem untersuchten Abschnitt des Subjektes ausgehenden Magnetresonanzsignale zu demodulieren. Ein Bildrekonstruktionsmittel 110, wie beispielsweise ein Rekonstruktionsmittel für die inverse zweidimensionale Fourier-Transformation, rekonstruiert die empfangenen Magnetresonanzsignale zu einer elektronischen Bilddarstellung, die in einem Bildspeicher 112 gespeichert wird. Ein Videoprozessor 114 wandelt in dem Speicher 112 gespeicherte elektronische Bilder in ein für die Wiedergabe auf einem Videomonitor 116 geeignetes Format um.

INSCHRIFT DER ZEICHNUNG

Fig. 1:
112 Bildspeicher
114 Videoprozessor
110 Bildrekonstr.
108 digitaler Empfänger
104 digitaler Sender
102 Gradientensteuerung
100 Sequenzsteuerung

Claims

1. Magnetresonanz-Bildgebungsvorrichtung mit: einer allgemein torischen Magnetanordnung (10, 14, 16, 18, 20, 22, 24, 26) zum Erzeugen eines allgemein homogenen Magnetfeldes durch einen Untersuchungsbereich (12) entlang der z-Achse eines xyz- Koordinatensystems der Bildgebungsvorrichtung, wobei die Magnetanordnung ein allgemein zylindrisches Element (26) aufweist, welches eine Öffnung definiert, die sich entlang der z-Achse um den Untersuchungsbereich (12) herum erstreckt; einer Gradientenspulenanordnung (40) zum Bewirken von Magnetfeldgradienten in der Öffnung entlang der x-, y- und z-Achse; einer Hochfrequenzspulenanordnung (30), die in der Öffnung angeordnet ist, zum Senden von Hochfrequenzimpulsen in den Untersuchungsbereich (12), um eine magnetische Resonanz ausgewählter Dipole in dem Untersuchungsbereich (12) zu induzieren und zu manipulieren; einem Sequenzsteuerungsmittel (100) zum Steuern der Gradientenspulenanordnung (40) und der Hochfrequenzspulenanordnung (30), um Magnetresonanz- Bildgebungsgradienten- und HF-Impulssequenzen zu erzeugen; einem Bildrekonstruktionsmittel (110) zum Rekonstruieren von Bilddarstellungen aus den aus dem Untersuchungsbereich (12) ausgehenden Magnetresonanzsignalen; wobei die Gradientenspulenanordnung (40) folgendes enthält: eine Gradientenspule (52), die vier elektrisch miteinander verbundene erste Spulenkonstruktionen enthält, zwei an jeder Seite einer zentralen xy- Ebene (58) durch den Untersuchungsbereich (12), wobei jede erste Spulenkonstruktion benachbart zu der zentralen Ebene (58) angeordnet ist und sich umfangsmäßig etwa halb um einen Zylinder (46) erstreckt; eine zweite Gradientenspule (54), die vier zweite Spulenkonstruktionen enthält, zwei an jeder Seite der zentralen Ebene (58), wobei jede zweite Spulenkonstruktion benachbart zu der zentralen Ebene (58) angeordnet ist und sich umfangsmäßig etwa halb um den Zylinder (46) erstreckt, wobei die zweite Gradientenspule (54) zu der ersten Gradientenspule (52) um 90º um den Zylinder (46) herum gedreht ist, wobei alle ersten und zweiten Spulenkonstruktionen eine elektrisch leitfähige Lage enthalten, welche durch Schnittlinien (64) in ein allgemein spiralförmiges, elektrisch leitfähiges Windungsmuster unterteilt ist, wobei das Windungsmuster zumindest einen Bereich (68) hoher Stromdichte aufweist, in welchem Windungen des Windungsmusters eine Breite unterhalb einer vorgewählten minimale Breite aufweisen, wobei Windungen in Bereichen (70) des Windungsmusters mit niedrigerer Stromdichte zumindest die vorgewählte minimale Breite aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnittlinien (64) in dem Bereich (68) hoher Stromdichte schmaler sind als in den Bereichen (70) niedrigerer Stromdichte.

2. Magnetresonanz-Bildgebungsvorrichtung nach Anspruch 1, bei der die leitfähige Lage eine Folie konstanter Dicke ist, wobei die Schnittlinienbreite in dem Bereich (68) hoher Stromdichte halb so groß wie die Foliendicke ist, und die Schnittlinienbreite in den anderen Bereichen der Spulenanordnung zumindest so groß wie die Foliendicke ist.

3. Magnetresonanz-Bildgebungsvorrichtung nach Anspruch 2, bei der die Foliendicke zumindest 2 mm beträgt.

4. Magnetresonanz-Bildgebungsvorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Spulenkonstruktion Bereiche mit niedrigerer Stromdichte aufweist, in denen die Windungen breiter sind als in dem Bereich hoher Stromdichte, wobei die Breite der Windungen in den Bereichen niedrigerer Stromdichte ein Maximum aufweist.

5. Magnetresonanz-Bildgebungsvorrichtung nach Anspruch 4, bei der die Windungen in den Bereichen niedrigerer Stromdichte nahezu konstante Breite aufweisen.

6. Gradientenspulenanordnung, die eine Vielzahl elektrisch miteinander verbundener Spulenkonstruktionen enthält, wobei jede der Spulenkonstruktionen eine elektrisch leitfähige Schicht aufweist, welche durch Schnittlinien (64) in ein allgemein spiralförmiges, elektrisch leitfähiges Windungsmuster unterteilt ist, wobei das Windungsmuster mindestens einen Bereich (68) hoher Stromdichte aufweist, in dem Windungen des Windungsmusters schmaler als eine vorgewählte minimale Breite sind, wobei die Windungen in anderen Bereichen des Windungsmusters zumindest die vorgewählte minimale Breite aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnittlinien in dem Bereich hoher Stromdichte schmaler sind als in den anderen Bereichen.

7. Verfahren zum Bilden einer Gradientenspulenkonstruktion aus einer leitfähigen Schicht, die auf ein dielektrisches Substrat laminiert worden ist, wobei das Verfahren umfasst: Auswählen einer allgemein spiralförmigen Schwerpunktlinie (62) des Stromwindungsmusters, Vergleichen eines Abstandes zwischen benachbarten Schwerpunktlinien mit einer ersten vorgewählten Breite; in Bereichen, in welchen der Abstand schmaler ist als die erste vorgewählte Breite, Definieren einer Schnittlinie durch die leitende Schicht mit einer ersten Schnittlinienbreite und in Bereichen, in welchen der Abstand die erste vorgewählte Breite überschreitet, Definieren einer Schnittlinie mit einer zweiten Schnittlinienbreite zwischen benachbarten Schwerpunktlinien, wobei die erste Schnittlinienbreite kleiner ist als die zweite Schnittlinienbreite.

8. Verfahren nach Anspruch 7, das weiterhin enthält: Vergleichen einer Abmessung zwischen Schwerpunktlinien mit einer zweiten vorgewählten Breite, wenn die Abmessung zwischen Schwerpunktlinien die zweite vorgewählte Breite überschreitet, Definieren zweier Schnittlinien zwischen benachbarten Schwerpunktlinien, wobei jede Schnittlinie von einer entsprechenden benachbarten Schwerpunktlinie um im Wesentlichen die Hälfte der zweiten vorgewählten Breite verschoben wird, wodurch zwischen benachbarten Windungen Inseln aus leitfähigem Schichtmaterial definiert werden.

9. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem die erste und die zweite vorgewählte Breite gleich sind,

10. Verfahren nach Anspruch 8, das weiterhin das Entfernen der Inseln enthält, um zu verhindern, dass Wirbelströme darin unterstützt werden.

11. Verfahren nach Anspruch 8, das weiterhin das Modifizieren der Inseln enthält, um die Fähigkeit der Inseln, Wirbelströme zu unterstützen, zu verringern.