ITRM960591A1

ITRM960591A1 - Disposizione di schermaggio elettromagnetico per apparecchiature a risonanza magnetica nucleare

Info

Publication number: ITRM960591A1
Application number: IT96RM000591A
Authority: IT
Inventors: Alessandro Carrozzi
Original assignee: Esaote Spa
Priority date: 1996-08-22
Filing date: 1996-08-22
Publication date: 1998-02-22
Also published as: EP0825450A2; EP0825450A3; DE69734269D1; ES2247611T3; EP0825450B1; US5986531A; ITRM960591A0; IT1306601B1; DE69734269T2

Description

DESCRIZIONE DELL'INVENZIONE INDUSTRIALE DAL TITOLO:

"DISPOSIZIONE DI SCHERMAGGIO ELETTROMAGNETICO PER APPARECCHIATURE A RISONANZA MAGNETICA NUCLEARE"

La presente invenzione riguarda una disposizione di schermaggio eletromagnetìco per apparecchiature a risonanza magnetica nucleare.

Più in particolare la presente invenzione riguarda una disposizione di schermaggio del tipo citato adatta ad apparecchiature NMR destinate ad esaminare parti del corpo umano a differenza di quelle che possono esaminare l'intero corpo umano.

Recentemente si è diffuso l'impiego della risonanza magnetica nucleare per la formazione di immagine delle strutture interne del corpo umano o di sue parti quali gli arti,o le articolazioni in quanto le tecniche di formazione di immagini per risonanza magnetica nucleare non impiegano radiazioni ionizzanti quali i raggi X ed inoltre consentono di ricavare informazioni su tessuti del corpo umano non altrimenti ottenibili con altre tecniche.

Come è noto la risonanza magnetica nucleare è basata sul rilevamento di campi a radiofrequenza prodotti dalla precessione di nuclei atomici dotati di momento magnetico, precessione che si verifica quando i nuclei dopo allineamento degli spin mediante un campo magnetico stazionario esterno alla parte del corpo umano in esame ed eccitazione mediante un campo magnetico a radiofrequenza a <' >frequenza ben determinata che è funzione del campo magnetico stazionario esterno e del momento magnetico nucleare dei protoni come modificato da legami chimici delle strutture biologiche a livello molecolare.

Come è noto, le apparecchiature di questo genere comprendono un magnete per fornire un campo magnetico stazionario che investe la parte del corpo in esame, bobine cosiddette di gradiente, bobine di induzione di <'>un campo magnetico impresso a radiofrequenza e bobine di captazione del campo magnetico a radiofrequenza prodotto dalla precessione dei nuclei attivi quando questi eseguono precessione verso la condizione dì riposo .

I vari parametri fisici alla base della formazione di immagini mediante risonanza magnetica nucleare sono ben noti e non richiedono una descrizione particolareggiata.

Ciò che interessa nel campo di applicazione della presente invenzione è che è necessario provvedere ad una schermatura eletromagnetica della zona sotto esame a risonanza magnetica nucleare per il fatto che i campi elettromagnetici prodotti dalla precessione dei nuclei atti verso la loro condizione di riposo .sono estremamente deboli e pertanto campi elettromagnetici indesiderati ma sempre presenti in qualsiasi ambiente possono alterare o addirittura "schiacciare" i debolissimi campi elettromagnetici prodotti dalla precessione creando artefatti o addirittura la impossibilità di ottenere immagini utilizzabili .

Lo scopo della presente invenzione è quello di fornire una disposizione di schermaggio per parte del corpo umano quali gli arti, o le articolazioni particolarmente ma non esclusivamente indirizzata a quelle macchine per la formazione di immagine per risonanza magnetica nucleare degli arti o delle articolazioni del corpo umano.

Secondo una prima forma di realizzazione della presente invenzione, si prevede una struttura a gabbia di Faraday destinata a contenere i componenti fondamentali di formazione di immagine per risonanza magnetica nucleare comprendenti il magnete per il campo statico, le bobine di gradiente, le bobine di campo magnetico a radiofrequenza impresso e le bobine riceventi a radiofrequenza, la struttura a gabbia di Faraday comprendendo elementi a guarnizione elettromagnetica disposti in corrispondenza del punto di transizione "interno - esterno" di una parte del corpo umano quale un arto,o una articolazione adattabili alle dimensioni dell'arto o articolazione del corpo umano in corrispondenza della zona di transizione "interno -esterno" della gabbia di Faraday, e disposti per effettuare un efficace contatto elettrico con la pelle del paziente, eve<'>ntualmente con l'ausilio di mezzi conduttori elettrolitici al fine che la struttura a gabbia venga completata con il corpo del paziente per fornire una porzione di spazio sostanzialmente priva di componenti elettromagnetiche indesiderate e quindi consentire che le operazioni di formazione di immagine avvengano in modo ottimale.

In una prima variante della presente invenzione, si prevede una struttura a gabbia di Faraday munita di elementi a, saracinesca con aperture proporzionate alle dimensioni di un arto sotto esame, provviste di una guarnizione di materiale conduttore flessibile adattabile elasticamente alla conformazione dell'arto in esame.

In una seconda variante della presente invenzione, si prevede una struttura a gabbia di Faraday munita di elementi a manica in materiale flessibile, elettricamente conduttore, in cui la parte a manica è munita nella sua parte esterna destinata ad entrare in contatto con la pelle, di una fascia elettricamente conduttrice che viene fissata in modo rilasciabile sulla pelle del paziente in corrispondenza delle zone di transizione "interno-esterno" dell'arto o articolazione in esame dalla gabbia di Faraday.

La presente invenzione verrà ora descritta in riferimento a sue forme di realizzazione attualmente preferite, riportate a titolo illustrativo e non limitativo ed in riferimento alle figure dei disegni allegati, in cui:

la figura 1 mostra schematicamente una struttura di formazione di immagini per risonanza magnetica nucleare destinata esemplificativamente all'esame di un arto, ,con . illustrata schematicamente la struttura a gabbia di Faraday secondo, l'invenzione;

la figura 2 mostra la struttura secondo l'invenzione in una sua prima forma di realizzazione;

la figura 3 mostra una vista in sezione sul piano III-III della struttura di figura 2;

la figura 4 mostra una vista in sezione sul piano IV-IV di figura 2;

la figura 5 mostra una seconda forma di realizzazione della struttura secondo la presente invenzione;

la figura 6 mostra una vista in sezione sul

piano VI-VI della struttura di figura .5;

la figura 7 mostra lo schema elettrico

equivalente-bobina ricevente-paziente-ambiente per

una struttura a risonanza magnetica nucleare a cui

è applicabile la presente invenzione,. in assenza.. delle disposizioni di schermaggio; e

la figura 8 mostra la modifica dello schema

equivalente di figura 7 con l'intervento della disposizione di schermaggio secondo l'invenzione. Con riferimento ai disegni ed in<' >particolare alla figura 1, la struttura della apparecchiatura, indicata nel suo complesso in, 1, comprende un magente 2 per la formazione di un campo magnetico statico che coopera con bobine di gradiente 3 e bobine Tx trasmittenti 4. Come si può notare la struttura è emisimmetrica e sostanzialmente in asse viene posizionato ad esempio un arto 6, circondato da bobine riceventi a radiofrequenza 5.

Per lo schermaggio della struttura 1 dai campi elettromagnetici esterni, è prevista una gabbia di Faraday 7 che è delimitata da pareti 8', 8" associate ad elementi a guarnizione 9' e 9" in contatto elettrico e meccanico con la pelle dall'arto 6 del paziente.

In tal modo viene _realizzata una struttura elettromagneticamente chiusa e schermata da rumore elettromagnetico circostante dato che i tessuti umani circondati dalle guarnizioni 9', 9", sono sostanzialmente un cortocircuito per le frequenze in gioco.

Nella figura 2 è mostrata una prima forma di realizzazione della parte di schermaggio 8', 9' (8", 9") secondo una prima forma di realizzazione della presente invenzione.

La struttura 10 facente parte della componente statica della gabbia di Faraday è associata su ambedue i lati (solo uno mostrato) ad una parete 11 avente una aperture 12 delimitata da guide 13, 14 entro le quali possono scorrere due elementi a ghigliottina 15, 16 nel verso delle frecce F ed aventi aperture 17, 18 proporzionate alla sezione dell'arto che deve essere esaminato. Le aperture 17, 18 sono munite rispettivamente di guarnizioni 19, 20 per un adattamento geometricamente conforme con l'arto sotto esame. I vari componenti ora descritti (vedere anche le figure 3 e 4) sono M realizzati in materiale conduttore o materiale metallizzato e all'interno delle guide 13, 14 sono previsti elementi di contatto striscianti di tipo ben noto nelle costruzioni a radiofrequenza. Le guarnizioni 19 e 20 sono realizzate in materiale cedevole quale un elastomero caricato con materiale conduttore, oppure potrebbero essere costituite da una struttura elastica a calza metallica.

In modo noto, il contatto tra le guarnizioni 19, 20 e la pelle del paziente può essere migliorato con le note creme conduttrici di uso comune in elettrocardiografia o elettroencefalografia.

Nelle figure 5 e 6 è mostrata una seconda forma di realizzazione, in cui la gabbia di Faraday statica 50 è dotata di aperture 51 nelle quali è fissata in modo da mantenere conduzione elettrica una manica o soffietto 52 flessibile terminante a collare 53 serrabile in contatto rilasciabile con la pelle del paziente. Anche in. questo caso, in modo noto, il contatto tra il collare 53 e la pelle del paziente può essere migliorato con le note creme conduttrici di uso comune in elettrocardiografia ed elettroencefalografia.

Verrà' ora descritta a titolo di completezza la situazione delle apparecchiature facendo riferimento alle figure 7, 8 dal punto di vista dei circuiti elettrici equivalenti.

La situazione senza l'impiego dell'invenzione è descritta nella figura 7 dove sono chiaramente visibili le due principali vie di ingresso del disturbo esterno: induttiva direttamente tra bobina ed ambiente attraverso l'apertura (rappresentata dall'induttanza L) e capacitiva mediata dal campione inserito nella bobina ricevente (rappresentata dalla capacità C).

La prima via di ingresso può essere ridotta riducendo il più possibile la dimensione dell'apertura necessaria all'introduzione del campione e con l'allontanamento di questo dalla zona di cattura dell'immagine.

La seconda via richiede invece l'impiego di un efficace contatto elettrico, come sopra indicato, tra il campione costituito dall'arto o articolazione di una persona e la massa elettrica dell'apparecchiatura in modo da impedire variazioni del suo potenziale elettrico che determinano, attraverso le capacità parassite tra campione e bobina un disturbo presente in uscita dalla bobina di ricezione, sovrapposto al segnale di risonanza magnetica nucleare.

Queste due contromisure possono essere realizzate rivestendo, come precedentemente esposto, la zona di immagine con una cavità dalle parete elettricamente conduttrici e chiudibile tramite una o più guarnizioni elettromagnetiche.

Tali guarnizioni in effetti sono una estensione non rigida e comunque adattabile al corpo del paziente della cavità schermante e sono in grado di ridurre al minimo l'apertura della cavità dopo l'inserimento dell'arto éd in grado di garantire un buon contatto elettrico con la parte di esso che fuoriesce dalla zona di cattura dell' immagine .

Nella figura 8 è riportato lo schema elettrico equivalente che illustra il funzionamento della cavità con le guarnizioni secondo l'invenzione.

La riduzione della penetrazione nella cavità dei disturbi provenienti \ dall'esterno è rappresentata dalla interruzione dell'accoppiamento induttivo in corrispondenza dell'induttanza L, operato dalle guarnizioni secondo la presente invenzione.

La riduzione dell'accoppiamento capacitivo tra il campione costituito dall'arto o articolazione del paziente e la bobina di cattura del segnale NMR in una molteplicità di punti {indicati con A ed A') <'>impedisce la variazione del potenziale elettrico del campione, e che quindi questo venga trasferito nella zona sensibile della bobina ricevente dei segnali di immagine per risonanza magnetica nucleare.

E' da notare che i termini "arto" o "articolazione" sono da intendere a puro titolo esemplificativo . Anche la rappresentazione schematica di una "gamba" quale appare.in figura 1 è esemplificativa dato che con ovvie modifiche la struttura può essere adattata all'esame delle articolazioni della spalla o altra parte del corpo umano .

La presente invenzione è stata descritta in riferimento a sue forme di realizzazione attualmente preferite, ma si comprenderà che a queste in pratica potranno essere apportate variazioni e modifiche da parte di un esperto del ramo senza uscire dall'ambito dell'invenzione della presente privativa industriale.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Disposizione di schermaggio elettromagnetico per apparecchiature a risonanza magnetica nucleare comprendente una struttura a gabbia di Faraday destinata a contenere i componenti fondamentali di formazione di immagine per risonanza magnetica nucleare comprendenti il magnete per il campo statico, le bobine di gradiente, le bobine di campo magnetico a radiofrequenza impresso e le bobine riceventi a radiofrequenza, caratterizzata dal fatto che la struttura a gabbia di Faraday comprende elementi a guarnizione elettromagnetica disposti in corrispondenza del punto di transizione "internoesterno" di una parte del corpo umano quale un arto,o articolazione adattabili alle dimensioni dell'arto o articolazione del corpo umano in corrispondenza della zona di transizione "internoesterno" della gabbia di Faraday, e disposti per effettuare un efficace contatto elettrico con la pelle del paziente, eventualmente con l'ausilio di mezzi conduttori elettrolitici al fine che la struttura a gabbia venga completata con il corpo del paziente per fornire una porzione di spazio sostanzialmente priva di componenti elettromagnetiche indesiderate e quindi consentire che le operazioni di formazione di immagine avvengano in modo ottimale.
2. Disposizione di schermaggio elettromagnetico secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto di comprendere una struttura a gabbia di Faraday munita di elementi a saracinesca con aperture proporzionate alle dimensioni di una parte del corpo umano sotto esame, provviste di una guarnizione di materiale conduttore flessibile adattabile elasticamente alla conformazione della parte del corpo umano in esame .
3. Disposizione di schermaggio elettromagnetico secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto di comprendere una struttura a gabbia di Faraday munita di elementi a manica in materiale flessibile, elettricamente conduttore, in cui la<' >parte a manica è munita nella sua parte esterna destinata ad entrare in contatto con la pelle, di una fascia elettricamente conduttrice che viene fissata in modo rilasciabile sulla pelle del paziente in corrispondenza delle zone di transizione "internoesterno" della parte del corpo umano in esame dalla gabbia di Faraday.
4 .Disposizione di schermaggio elettromagnetico per apparecchiature a risonanza magnetica nucleare sostanzialmente come precedentemente rivendicata ed illustrata e descritta in riferimento alle figure dei disegni allegati .