NL8203621A - Kernspintomograaf met faraday kooi. - Google Patents

Description

* m............. <φ PHN 10.441 1 N.V. Philips' Gloeilampenfabrieken te Eindhoven.

Kemspintonograaf met Faraday kooi

De uitvinding heeft betrekking op een kemspintonograaf met, on een onderzoekruimte voor een te onderzoeken object gerangschikt, een eerste spoelenstelsel voor het opwekken van een stationair hoofdmagneetveld en een quasi stationair gradientveld, een tweede spoelenstelsel 5 voor het opwekken van een radiofrequent magneetveld, een meetinrichting voor het detecteren van door een te onderzoeken object uit te zenden kemspin resonantie signalen en een Faraday kooi voor afscherming van de onderzoekruimte tegen electromagnetische stoorvelden.

Een dergelijke kernspintcmograaf is bekend uit Carputertono-10 graphie I (1981) pp 2-10. Voor afscherming van de onderzoekruimte tegen stoorvelden is aldaar cm het geheel van spoelenstelsels een Faraday kooi aangebracht (pag. 7) . Cm te voorkomen, dat electriscbe geleiders, die de Faraday kooi doorboren, als antennes zouden fungeren, waardoor toch stoorvelden in de onderzoekruimte op zouden treden, zijn die leidingen 15 van ontstorende filters voorzien. Het aantal leidingen dat een dergelijke kooi doorboort kan aanzienlijk zijn en omvat alle strocmtoevoerleidingen voor de onderscheiden magneten, signaalafvoerleidingen en evenzo leidingen voor een waterkoelcircuit of leidingen voer toevoer van vloeibaar helium als gebruik wordt gemaakt van supergeleidende magneetspoelen. Ontstoren 20 van al die leidingen is wel mogelijk maar is relatief duur door het grote aantal en de aan de specifieke functies aangepaste uitvoering van een deel daarvan. Ook kan een, niet goed functionerende afscherming vooral voor een van de grote leidingen, gemakkelijk onopgemerkt blijven en als zodanig een fout in de meetsignalen introduceren. Hierbij is de uitvinder 25 tot het inzicht gekomen, dat als zelfinductiespoelen gezien de gebruikelijke magneetspoelenstelsels, speciaal die voor het radiofrequent veld, relatief inefficient zijn. Voor het verkrijgen van een bruikbaar meetsignaal is in een dergelijk apparaat daardoor een relatief sterk radiofrequent zendwrmogen nodig. Het is in dergelijke apparaten gebrui-30 kelijk de zendspoelen voor het gebruikelijk radiofrequent gepulseerde magneetveld tevens te gebruiken als detectiespoelen voor de door dat veld gestimuleerde kemspinsignalen. Van verhoging van de efficiëntie van dit spoelenstelsel wordt dus als het ware tweemaal profijt ondervonden.

8203621 FHN 10.441 2

Verbeteren van een spoelenstelsel in dit opzicht betekent verhoging van de Q factor van de spoelkringen. Met een verhoging van de Q factor kan, door verbetering van de signaal-ruis ver houding net een geringer radiofrequent zendvermogen en eventueel net een mirader-gevoelige signaal-5 verver kings inrichting gewerkt worden. De signaal verwerkingsinrichting kan daardoor zowel meer betrouwbaar als minder duur zijn.

De uitvinding beoogt, zonder toevoeging van dure elementen, de genoemde tekortkomingen of althans de invloed daarvan op het meetsignaal sterk te reduceren. Ben kemspintomograaf van de in de aanhef genoemde 10 soort heeft daartoe volgens de uitvinding tot kenmerk, dat een de Q factor van een, het tweede spoelenstelsel omvattende stroomkring verhogende Faraday kooi cm het tweede spoelenstelsel maar binnen het eerste spoelenstelsel is aangebracht.

Doordat in een kemspintomograaf volgens de uitvinding de 15 Faraday kooi binnen het spoelenstelsel voor het stationaire hoofdmagneetveld en voor het quasi stationaire gradientveld is aangebracht zal geen van de leidingen daarvoor de kooi meer door boren en behoeven die leidingen dus niet meer te worden ontstoord terwijl door metingen is aangetoond, dat de Q factor van de, het spoelenstelsel voor het radiofrequent veld 20 omvattende stroomkring beduidend hoger is dan in de bekende apparaten.

In een voorkeursuitvoering bestaat de Faraday kooi uit een metaalgazen koker die althans nagenoeg tegen binnenzijden van het spoelenstelsel voor het opwekken van het stationaire magneetveld, aanligt en waarvan axiale uiteinden bij -voorkeur van een afsluiting zijn voorzien.

25 Bijzonder gunstig is het daarbij gebruik te maken van metaalgaas en de kokers aan een axiaal uiteinde af te sluiten met een wegneembaar aansluitend gaas en aan een tweede axiaal uiteinde te voorzien van een aansluitende koker, die het in de onderzoekruimte brengen van een te onderzoeken patiënt toelaat. Een dergelijke koker is bij voorkeur lang genoeg cm ook 30 zonder axiale afsluiting voor de onderzoekruimte zelf een voldoende afscherming te garanderen. Het kan daarbij gunstig zijn de aansluitende koker radiaal voldoende groot te maken cm aan een zich daarin bevindende patiënt, bijvoorbeeld via een wegklapbaar zij gedeelte, een laatste verzorging te kunnen geven. Door daarbij gebruik te maken van metaalgaas met een 35 relatief grote optische transmissie kan een negatieve indruk die een donkere tunnel op zou kunnen roepen, worden vermeden zonder dat daarin mogelijk storende lichtbronnen aangebracht behoeven te worden. Hierdoor is tevens een voldoende ventilatie van de onderzoekruimte gegarandeerd.

8203621 mi 10.441 3

In een "verdere voorkeursuitvoering is de keuze van materiaal met de draaddikte en de maaswijdte van het toe te passen gaas onder voorbehoud van een aanvaardbare Q factor aangepast aan de gezochte optimale denping van de stoarvelden.

5 In een verdere voorkeursuitvoering volgens de uitvinding zijn ter verkrijging van een vaste, goed gedefinieerde electrische omgeving voor het te onderzoeken object, nabij de wikkeldraden van het radiofrequente spoelenstelsel aan de spoelbinnenzijde, kcmvormige electrische geleiders aangetracht voor het kortsluiten van door de wikkeldraden opge-10 vekt electrische velden. Hierdoor worden, met de verhoogde Q factor de in de Europese octrooiaanvrage 47065 beschreven voordelen verkregen.

Aan de hand van de tekening zullen in het navolgende enkele uitvoeringsvoarbeelden volgens de uitvinding nader worden beschreven.

In de tekening toont : 15 Figuur 1 een blokschema van een bekende kernspintorrograaf met een Faraday kooi,

Figuur 2 een kernspintanograaf met een Faraday kooi volgens de uitvinding,

Figuur 3 een voorkeursuitvoering van een Faraday kooi voor een 20 kernspintanograaf volgens de uitvinding en

Figuur 4 een uitvoeringsvorm van een zend-meetspoe 1 voorzien van een electrische afscherming.

Een kernspintanograaf zoals weergegeven in figuur 1 bevat een eerste spoelenstelsel 1 met magneetspoelen 2 voor het opwekken van een 25 stationair homogeen magneetveld en magneetspoelen 4 voor bet opwekken van een quasi stationair gradientveld, een voedingsbron 6 met leidingen 7 voor de magneetspoelen 4, en een voedingsbron 8 met leidingen 9 voor de magneetspoelen 4. Een tweede spoelenstelsel bevat hier een enkele magneetspoel 10 die zowel dient voer het opwekken van een radiofrequent gepulseerd mag-30 neetveld en daartoe via leidingen 11 met een radiofrequente voedingsbron 12 is verbanden als voer het detecteren van, door het radiofrequente gepulseerde magneetveld in een object gestimuleerde kernspin resonantie-signalen, waartoe de spoel 10 via leidingen 13 met een signaal versterker 14 is verbonden. De signaalversterker 14 is via leidingen 15 met een fase-35 gevoelige gelijkrichter 16 verbonden die net een centrale besturingsin-richting 18 is verbonden. Vanuit de centrale besturingsinrichting 18 wordt verder een modulator 20 voor de radiofrequente voedingsbron 12, de voedingsbron 8 voor het quasi stationaire gradientveld en een rronitor 22 8203621 * * * PHN 10.441 4 voor beeldweergave gestuurd. Ben hoogfrequente oscillator 24 stuurt zowel de modulator 20 voor de radiofrequente voedingsbron 12 als de neet-signaal verwerkende fasegevoelige gelijkrichter 16. Voor koeling van de magneetspoelen voor het stationaire veld is een koelinrichting 2ψ met 5 leidingen 25 aangegeven. Een dergelijke koelinrichting kan zowel ingericht zijn voor waterkoeling van de magneetspoelen 2 (en 4) als voor koeling met vloeibare helium van, dan met supergeleidende draadwikkelingen uitgeruste magneetspoelen.

Met een streep-stippellijn is in de figuur een voor bekende kem-10 spintomografen toegepaste Faraday kooi 26 aangegeven. Deze Faraday kooi omvat alle magneetspoelen en de neetsignaalversterker 14 die gebruikelijk als voorver sterker is uitgerust. De Faraday kooi wordt hier door de stuurs ignaaltoe voer leidingen 11 en de meetsignaalafvoerleidingen 15 maar ook door de stroomtoevoer leidingen 7 en 9 voor de spoelen 2 en 4 en door 15 de koelleidingen 25. Alle, de Faraday kooi doorbarende leidingen behoren, voor een goed functioneren van het apparaat, met een goed radiofrequent afschermfilter te zijn uitgerust. Vooral voor de hoge stroom voerende toevoerleidingen 7 en 9 en voor de koelleidingen 25 is dat een dure voorziening, waarbij eventuele lekken in het frequentiegebied van de te meten 20 kemspin resonantiesignalen zich direkt storend in de meetsignalen kunnen manifesteren.

Een kemspintcmograaf zoals schematisch weergegeven in figuur 2 is volgens de uitvinding uitgerust met een Faraday kooi 30 waar de spoelen 2 geheel buiten liggen. De toevoerleidingen 7 en 25 behoeven de Faraiay 25 kooi nu niet binnen te treden en behoeven ook geen afscherming waarmede een aanzienlijke besparing en een beduidend kleinere kans op het optreden van stoorvelden in de meetruimte 32 is verkregen.

Ook de spoelen 4 voor het opwekken van het quasi stationaire gradientveld liggen buiten de Faraday kooi waardoor dus ook de toevoer-30 leidingen 9 geen afscherming meer behoeven. In een uit dragers 24 opgebouwde ondersteuning voor het apparaat, is een patiëntendraaginrichting 36 gemonteerd net verdere ondersteuningen 38 en 40. De ondersteuning is aan weerszijden van een af dekplaat 42 voorzien van opstaande randen 44. Zowel de afdekplaat 42 als de opstaande randen kunnen deel uit maken van de Faraday 35 kooi, of het metaalgaas van de kooi is daarin of daar tegenaan gemonteerd. Binnen de kooi bevat de patiëntendraagtafel een verplaatsbare slede 46; liggend waarop een patiënt 47 in de meetruimte kan worden gebracht. De slede ligt althans tijdens een meting geheel binnen de Faraiay kooi, 8203621 • · ZJ $ EHN 10.441 5 waartoe deze aan axiale uiteinden 48 en 50 voorzien is van eindvlakken 52 en 54 net cpeningen 56 en 58. De qpeningen 56 en 58 kunnen bijvoorbeeld zoals in figuur 3 is aangegeven roet scharnieren! wegklapbare ward-gedeelte 60 worden afgesloten. De zend-meetspcel 10 is binnen de kooi 5 opgesteld. Hiertoe kan de kooi ter plaatse van een verwijding 62 zijn voorzien die hij gebruikelijke magneetstelsels de binnenbegrenzing van de magneetspoelen volgt.

De Faraday kooi volgens de uitvinding bestaat hoofdzakelijk uit bij voorkeur kopergaas waarvan de draaddikte en de maaswijdte aan een 10 optimale afscherming zijn aangepast maar waarbij ook daar rekening mee gehouden is dat de koker van buitenaf verlicht kan warden en een goede rentilatie toelaat. In praktische gevallen blijkt koperdraad net een draaddikte van ongeveer 0,2 itm en een maaswijdte van ongeveer 1,5 irm goed te voldoen. Dergelijk kopergaas is cotmercdeel verkrijgbaar en kan gels makkelijk in een gewenste vorm gebracht werden.

In figuur 3 is een uitvoeringsvorm van een Faraday kooi volgens de uitvinding geschetst waarin de koker substantieel rechthoekig is uitgevoerd net ter plaatse van het meetveld twee conusvormige gedeelten 64 en 66 met daartussen weer een ruimer gedeelte 62. Een eerste verleng-20 stuk 68 is, althans naar drie zijden sterk verwijd en vormt als zodanig een kamer. Aan een daarin gelegen patiënt kunnen dan gemakkelijk bijvoorbeeld via een wegklapbaar wandgedeelte 70 voor het meetproces gewenste laatste voorzieningen worden getroffen. Ook kan dit, of een tweede verlengstuk 72 van voorzieningen zijn voorzien voor,of het opnemen van een 25 aandrijfmotor voor de slede 46, of juist voor afscherming van een buiten de kooi opgestelde motor daarvoor.

Met een Faraday kooi volgens de uitvinding zoals tot nu toe beschreven wordt een beduidende verbetering in de Q factor voor de zend-meetspoel verkregen. Mat een optimaal uitgevoerde kooi kan de Q factor 30 voor een relevant frequentiegebied gemakkelijk een factor 5 verhoogd worden. In praktische gevallen wordt de winst in het bijzorder aan de bovenzijde van het toe te passen radiofrequentie spectrum gerealiseerd.

Een nog verdere verbetering kan worden verkregen door in de radiofrequente spoel daartoe strekkende electrische voorzieningen aan te brengen. Een 35 voorkeursuitveering daarvan is geschetst in figuur 4. In een spoel 80 zijn electrische geleiders 82 aangebracht die ruimten 84 tussen stroent-voerende draden 8df van de spoel radiaal gezien overlappen. Om vorming van geleidende lussen door de electrische geleiders te voorkomen zijn de ge- 8203621 • * ' EHN 10.441 6 leiders 82 slechts aan een zijde doorverbonden welke verbinding in principe wordt geaard. Aldus is de spoel voorzien van twee kamvormige ele-nenten 86 die uitbreiding van electrische velden cm de stroomvoerende draden beperken waardoor met een hogere Q. factor voer de spoel het voor-5 deel wordt verkregen, dat de stroomvoerende draden van de spoel nu een vaste parasitaire capaciteit ten opzichte van de electrische kannen hebben, welke capaciteit niet beduidend wordt beïnvloed door de geometrie of aard van een in de spoel te plaatsen ireetobject. Hierdoor is tevens voorkomen, dat de stroomkring voor de meetspoel als gevolg van veranderen-10 de electrische velden ter plaatse van het te meten object, steeds zouden moeten worden af gestemd.

15 20 25 30 8203521 35

Claims (8)

1. Kèrnspintomograaf met cm een onderzoekruimte voor en te onderzoeken object gerangschikt# een eerste spoelenstelsel voor het opwekken van een stationair hoofdmagneetveld en een quasi stationair gradientveld# een tweede spoelenstelsel voor het opwekken van een radiofrequent magneet- 5 veld# een meefcinrichting voor het detecteren van door het te onderzoeken object uit te zenden kemspin resonantie signalen en een Faraday kooi voor electranagnetische afscherming van de onderzoekruimte net het kenmerk# dat een# de Q factor van, een het tweede spoelenstelsel omvattende stroomkring verhogende Faraday kooi cm het tweede spoelenstelsel maar 10 binnen het eerste spoelenstelsel is aangebracht.

2. Kemspintomograaf volgens conclusie 1# met het kenmerk, dat de Faraday kooi hoofdzakelijk bestaat uit een metaalgazen koker die althans nagenoeg tegen de binnenzijde van de spoelen van het eerste spoelenstelsel aanligt. 15

3. Kèrnspintomograaf volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat de Faraday kooi althans aan een van de axiale uiteinden van de spoelen-stelsels van een verlengstuk is voorzien.

4. Kèrnspintomograaf volgens conclusie 3# met het kenmerk# dat een zich axiaal buiten de spoelenstelsels uitstrekkend verlengstuk van de

20 Faraday kooi# ten aanzien van een daarbinnen gelegen gedeelte een aanzienlijk grotere dwarsafmeting heeft.

5. Kèrnspintomograaf volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk# dat de Faraday kooi hoofdzakelijk bestaat uit een metaalgaas met een optische transmissie van ten minste ongeveer 50%. 25

6· Kèrnspintomograaf volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de Faraday kooi een verplaatsbaar gedeelte van een ob-jectdrager althans in meetposities geheel omvat.

7. Kèrnspintomograaf volgens een der voorgaande conclusies, net het kenmerk# dat het spoelenstelsel voor het opwekken van het radiofre- 3Q quente magneetveld aan de spoelbinnenzijde is uitgerust met kamvormige kortsluitingen voor door strocmvoerende draden van het spoelenstelsel cp te wekken electrische velden.

8. Kemspintcnograaf volgens een der voorgaande conclusies, net het kenmerk# dat bet spoelenstelsel voor het opwekken van bet stationair 35 magneetveld is uitgerust met wikkelingen van supergeleidende draad en de Faraday kooi tegen een de onderzoekruimte omsluitende begrenzing van een helium dewarvat daarvoor aanligt. 8203621