NL8701947A - Magnetisch resonantie apparaat met geluidsarme gradientspoel. - Google Patents

Description

•i PHN 12.214 1 N.V. Philips' Gloeilampenfabrieken te Eindhoven.

Magnetisch resonantie apparaat met geluidsarme gradientspoel.

De uitvinding heeft betrekking op een gradient spoelenstelsel voor een magnetisch resonantie apparaat met spoelen voor het opwekken van onderling loodrecht gerichte gradientvelden en op een magnetisch resonantie apparaat uitgerust met een dergelijk 5 spoelenstelsel.

Een dergelijk spoelenstelsel is bekend uit EP-A-152588.

Een aldaar beschreven gradient spoelenstelsel bevat spoelen die paarsgewijs ten opzichte van een symmetrievlak van een cylindervormige meetruimte zijn opgesteld. In de meetruimte is een langs een axiale as, 10 de Z-as, gericht stationair magneetveld opwekbaar. Voor het opwekken van onderling loodrechte en loodrecht op de Z-as gerichte gradiënten in het veld langs de Z-as bevatten spoelenpakketten van een spoelenpaar azimuthaal gezien diametraal ten opzichte van elkaar opgestelde zadelspoelen en voor het opwekken van een Z-gradient twee ringvormige 15 spoelenparen. Het zadelspoelenpakket is met de ringvormige Z-gradient spoelen samengevoegd tot een spoelenpakket door verlijming ter plaatse van onderlinge overlappingen van de spoelgeleiders. Aldus gevormde deelspoelenstelsels kunnen door axiaal verlopende draagelementen met elkaar verbonden zijn en aldus samen een compleet gradiënten vormen 20 spoelenstelsel dat met isolerende elastische tussenstukken om een draagkoker is gemonteerd. Door deze opbouw wordt beoogd trillingsoverdracht vanuit de gradientspoelen naar de draagkoker te reduceren en aldus tot een geluidsreductie in het magnetisch resonantie apparaat te komen.

25 Hoewel aldus de geluidsproductie kan worden gereduceerd, is de reductie toch beperkt omdat een streng gefixeerde positionering van het spoelenstelsel en vooral van de twee spoelstelsel helften ten opzichte van elkaar een relatief starre montage ten opzichte van de draagkoker noodzakelijk maakt. Het risico van disorientatie van 30 spoeldelen ten opzichte van elkaar wordt nog vergroot doordat de spoelen slechts plaatselijk, te weten ter plaatse van onderlinge overlappingen met elkaar zijn verbonden. Hierdoor kan de trillingsproductie in de 870 1 947

'P

m PHN 12.214 2 spoelen relatief hoog zijn en kan het uiteindelijke geluidsniveau in het apparaat toch nog relatief hoog zijn.

De uitvinding beoogt genoemde bezwaren te ondervangen en daartoe heeft een spoelenstelsel van de in de aanhef genoemde soort 5 volgens de uitvinding tot kenmerk, dat spoelbogen met isolerende tussenringen, star met elkaar verbonden, ringvormige pakketten vormen die door onderlinge verbindingen tot een zelfdragend spoelenstelsel zijn samengevoegd.

Door een opbouw volgens de uitvinding kan een geheel 10 zelfdragend ringenstelsels worden gevormd met stroomvoerende booggeleiders die star zijn ingeklemd tussen de tussenringen. Hierdoor kan het gebruik van de bekende draagkoker voor het gradient spoelenstelsel vermeden worden. Met axiaal verlopende stroomgeleiders zijn relevante booggeleiders galvanisch met elkaar en met een stroombron 15 verbonden.

In een voorkeursuitvoering zijn gradientspoelen voor een X-gradientveld en gradientspoelen van een Y-gradientveld gezamenlijk in een ringenpakket opgenomen, hetgeen de onderlinge positionering van de spoelen en daarmede de exactheid van op te wekken gradientvelden 20 bevordert.

In een verdere voorkeursuitvoering is de hoogte-breedte verhouding van de booggeleiders relatief groot waardoor de starheid van elk van de elementen is vergroot. Voor een cylindervormig spoelenstelsel met een diameter van bijvoorbeeld 75 cm is in het bijzonder de hoogte 25 van de booggeleiders ongeveerd 40 mm en de breedte 5 mm. In het bijzonder bestaan de ringvormige booggeleiders uit een materiaal met een goede electrische geleiding en een relatief hoge elasticiteitsmodulus, zoals bijvoorbeeld koper. Een relatief grote hoogte-breedte verhouding voor ringvormige booggeleiders komt de stijfheid van de spoelenpakketten 30 ten goede.

In een verdere voorkeursuitvoering zijn de booggeleiders niet axiaal, maar radiaal gestapeld. Hiermede kan een uiterst star pakket worden gerealiseerd. De booggeleiders bestaan hier bij voorkeur uit cylindervormige ringdelen, met een axiale afmeting van bijvoorbeeld 35 50 mm en een radiale afmeting van bijvoorbeeld 1 mm.

In een voorkeursuitvoering bevat een gradient spoelenstelsel symmetrisch ten opzichte van het middenvlak van een 8701947 4 PHN 12.214 3 cylindervormige meetruimte opgesteld, bijvoorbeeeld zes a tien spoelenpakketten met allen substantieel gelijke binnendiameter. In het bijzonder is daarbij het manteloppervlak tussen de pakketten en verbindingsstukken tenminste gelijk aan het totale manteloppervlak van 5 de gezamelijke pakketten. Hierdoor ontstaat een relatief open stelsel waardoor de trillingsafgifte is geminimaliseerd. Een dergelijke open constructie kan ook worden gerealiseerd met de genoemde radiaal gestapelde cylindervormige ringdelen. Immers, hoewel die elk voor zich een groter oppervlak beslaan, behoeft het totale manteloppervlak 10 daardoor niet groter te worden.

Spoelenpakketten met verschillende inwendige diameters, bijvoorbeeld met een grotere diameter voor meer aan de buitenzijden van de cylinder gelegen pakketten geven een verbetering in de toegankelijkheid tot een patient of maken een kleinere diameter voor 15 meer centraal gelegen pakketten, met een reductie aan benodigde voedingsenergie, mogeli jk.

In een verdere voorkeursuitvoering zijn gradientspoelen toegepast met onderling verschillende booglengte. Hierdoor kan met een geringer spoelvolume in een gelijke meetruimte een meer homogeen 20 gradientenveld worden gerealiseerd.

In een verdere voorkeursuitvoering zijn ringvormige, respectievelijk bandvormige booggeleiders, gecompleteerd tot althans nagenoeg gesloten ringen. Dit kan zowel met complementerende isolator ringen, bijvoorkeur uit materiaal met mechanische eigenschappen, zoals 25 warmte uitzetting, elasticiteitsmodulus enz. overeenkomstig met die van het materiaal van de booggeleiders zelf. De booggeleiders kunnen ook uit galvanisch onderbroken gesloten ringen bestaan waarop dan ter plaatse van de azimuthale begrenzing van de bogen elektrische contacten voor onderlinge verbindingsgeleiders zijn aangebracht. In het bijzonder zijn 30 deze contacten als glijcontacten uitgevoerd waardoor op te wekken gradientvelden als het ware getuned kunnen worden.

In een verdere voorkeursuitvoering hebben bij een axiale pakking de tussenstukken aan een radiale zijde een grotere of kleinere diameter, waardoor de booggeleiders aan de relevante zijde elektrisch 35 zijn afgeschermd bijvoorbeeld voor de axiale geleiders. Voor de axiale geleiders kunnen ook uitsparingen in de isolerende tussenringen zijn aangebracht.

8701947 *· * PHN 12.214 4

In een verdere voorkeursuitvoering dragen tussenstukken en eventueel ook booggeleiders uitsparingen en uitsteeksels voor een gekozen radiale en of azimuthale onderlinge positionering.

Aan de hand van de tekening zullen in het navolgende 5 enkele voorkeursuitvoeringen volgens de uitvinding nader worden beschreven. In de tekening toont.

Figuur 1 een magnetisch resonantie apparaat uitgerust met een spoelenstelsel volgens de uitvinding;

Figuur 2 een axiale doorsnede van een voorkeursuitvoering 10 van spoelenstelsel daarvoor;

Figuur 3 een lay-out van de booggeleiders voor dit spoelenstelsel;

Figuur 4 verschillende vormen van axiaal te stapelen booggeleiders voor een dergelijk spoelenstelsel en; 15 Figuur 5 een uitvoeringsvorm van een radiaal gestapelde spoel voor een dergelijk spoelenstelsel.

Een magnetisch resonantie apparaat, zoals weergegeven in Figuur 1, bevat een magneetstelsel 2 voor het opwekken van een stationair homogeen magneetveld, een magneetstelsel 4 voor het opwekken 20 van magnetische gradientvelden en voedingsbronnen 6 en 8 respectievelijk het magneetstelsel 2 en het magneetstelsel 4. Een magneetspoel 10 dienende voor het opwekken van een rf magnetisch wisselveld, is aangesloten op een radiofrequentbron 12. Voor detectie van, door het rf zendveld in een te onderzoeken object opgewekte magnetische 25 resonantie signalen, is hier een oppervlaktespoel 13 aangegeven. Voor het uitlezen is de spoel 13 verbonden met een signaalversterker 14. De signaalversterker 14 is verbonden met een fasegevoelige gelijkrichter 16 die met een centrale besturingsinrichting 18 is verbonden. De centrale besturingsinrichting 18 stuurt verder een modulator 20 voor de 30 radiofrequentbron 12, de voedingsbron 8 voor de gradientspoelen en een monitor 22 voor beeldweergave. Een hoogfrequent oscillator 24 stuurt zowel de modulator 20 als de meetsignalen verwerkende fasegevoelige gelijkrichter 16. Voor eventuele koeling dient een koelinrichting 26 met koelleidingen 27. Een dergelijke koelinrichting kan uitgevoerd zijn als 35 waterkoeling voor weerstandspoelen of als een vloeibaar helium of stikstof dewarstelsel voor gekoelde supergeleidende spoelen. De binnen de magneetstelsels 2 en 4 geplaatste zendspoel 10 omsluit een meetruimte 870 1947 5»’ PHN 12.214 5 28 die bij een apparaat voor medisch diagnostische metingen voldoende ruimte biedt voor opname van patiënten. In de meetruimte 28 kunnen aldus een stationair magneetveld, gradientvelden voor positie selectie van af te beelden doorsneden en een ruimtelijk homogeen radiofrequent 5 wisselveld worden opgewekt.

Een gradient magneetstelsel 4 is gebruikelijk symmetrisch ten opzichte van een radiaal symmetrievlak 30, dat dus ook de meetruimte symmetrisch in tweeën deelt en door een punt Z = 0 dwars op een Z-as van het stationair magneetstelsel is gericht. Het door het stationair 10 magneetstelsel opgewekte stationair magneetveld is hier dus langs de Z-as gericht. Een gradient magneetstelsel in een magnetisch resonantie apparaat omvat gebruikelijk voor elk van de coördinaat richtingen een spoelenstelsel door activering waarvan gradient velden in elk van die richtingen kunnen worden opgewekt en een puntsgewijze afbeelding van een 15 object kan worden gevormd. Ook in een gradiënt spoelenstelsel volgens de uitvinding zijn de spoelenstelsels voor de X- en Y-gradient onderling nagenoeg gelijk maar azimuthaal gezien over 90° ten opzichte van elkaar geroteerd. Het onderlinge verschil kan zijn opgedrongen door de konstructie van het gehele spoelenstelsel, zo kan bij radiale stapeling 20 de radius iets verschillen en bij axiale stapeling de Z locatie iets verschillen.

Een spoelenstelsel zoals aangeven in Figuur 2 bevat negen spoelenpakketten 40 die symmetrisch ten opzichte van een X-Y vlak 41 door Z = 0 zijn georiënteerd. In deze uitvoering ligt eeneerste 25 spoelenpakket 42 voor X-Y gradientvelden in het symmetrievlak en bevat bijvoorbeeld vier booggeleiders waarvan twee dienen voor een X-gradient veld en twee voor een Y-gradient veld. Van het symmetrievlak 41 uitgaande bevat een volgend pakkettenpaar 44 hier enkel een of meerdere Z-gradient booggeleiders, een volgend pakketten 46, bijvoorbeeld 30 pakketten met zeven X-gradient booggeleiders en zeven Y-gradient booggeleiders, een volgend pakkettenpaar 48 weer enkel Z-gradient booggeleiders en een pakkettenpaar 50 met hier bijvoorbeeld negen booggeleiders die als retourgeleiders voor de eerder genoemde X- en Y-gradient booggeleiders fungeren. Zoals reeds opgemerkt, behoeven de 35 booggeleiders voor de X en Y velden zich niet noodzakelijkerwijze over onderling gelijke booghoeken uit te strekken. De pakketten 42-50 zijn met axiale verbindingsstaven 52 onderling star verbonden, waardoor een 8701947 PHN 12.214 6 robuust zelfdragend gradientspoelen stelsel is gerealiseerd dat, gezien in een manteloppervlak 54, om de Z-as relatief open is en aldaar bijvoorbeeld maximaal een vijfde tot de helft van het manteloppervlak afdekt. Voor het realiseren van een zo open mogelijk stelsel is het 5 gunstig booggeleiders voor axiaal gestapelde pakketten relatief hoog uit te voeren, waarbij hier met de hoogte het verschil in radiale afmeting tussen de binnenzijde en de buitenzijde wordt bedoeld. De breedte, dat is hier de axiaal gemeten afmeting kan dan relatief klein zijn. Door deze vormgeving kan zowel een open als een uiterst starre konstructie 10 worden gerealiseerd.

In Figuur 3 is een schetsmatige lay-out van booggeleiders in de verschillende pakketten weergegeven en wel een quadrant 60 voor X-Z geleiders en een quadrant 62 voor Y-Z geleiders welke quadranten overigens niet hetzelfde quadrant op de cylindermantel 54 van het 15 spoelenstelsel vormen, maar daar azimuthaal 90° ten opzichte van elkaar verschoven liggen. Omdat het spoelenstelsel symmetrisch is ten opzichte van een symmetrievlak 41 door Z = 0 en ten opzichte van een vlak door de Z-as, is hierdoor het gehele stelsel van spoelen gedefinieerd. In de Figuur valt een van de assen samen met de Z-as en 20 geeft de as loodrecht daarop de hoek a, zoals aangegeven in Figuur 2 van 0 tot 90° weer. De onderling interliniërende positionering van X- en Y- booggeleiders is tot uitdrukking gebracht door deze op de scheiding α = 0° respectievelijk α = 90° ten opzichte van elkaar versprongen weer te geven. Daar waar geen interliniëring optreedt, omdat de 25 booggeleiders zich elk over minder dan 90° uitstrekken liggen booggeleiders exact tegenover elkaar. Tussen de als relatief dikke lijnen weergegeven booggeleiders 64 zijn ruimten 66 opengelaten voor de genoemde afstand ringen.

Overeenkomstig Figuur 2 zijn booggeleiders van de 30 pakketten 42 tot 50 weergegeven, waarbij de Z-gradient velden pakketten 44 en 48 doorlopende ringen zijn die elk meer of minder niet afzonderlijk weergegeven geleiders kunnen bevatten. De booggeleiders van de pakketten 42 en 46 zijn doorverbonden met terugvoer booggeleiders van het pakket 50 met axiaal gerichte geleiders die in het spoelenstelsel 35 geen grote Lorentzkrachten ondervinden en niet tot de vorming van de gradientvelden bijdragen en derhalve niet een daartoe aangepaste konstructie of oriëntatie behoeven te hebben. Zoals reeds opgemerkt 8701947 PHN 12.214 7 kunnen deze geleiders via elektrische aansluitingen, eventueel uitgevoerd als glijcontacten met de booggeleiders zijn verbonden. De positionering van de nodige axiale verbindingen kan eventueel aan de locatie van althans een deel van deze axiale geleiders worden aangepast.

5 In Figuur 4 zijn enkele vormen van booggeleiders met axiale stapeling volgens de uitvinding weergegeven. Een booggeleider 70 van een X- of Y-gradientspoel strekt zich over om een hoek α van bijvoorbeeld minder dan 90° uit, zie bijvoorbeeld booggeleider 70 in Figuur 3. Resterende gedeelten 72 van de ring kunnen eventueel worden 10 opgevuld met isolerend materiaal of de geleider kan de gehele ring bestrijken, waarbij elektrische contacten 74 de booglengte bepalen. Bij deze booggeleiders behoeft dus geen interliniëring te worden toegepast. Een booggeleider 76 strekt zich uit over een hoek α van bijvoorbeeld ongeveer 160° met conplementerende ruimten 15 respectievelijk opvul stukken 78. Hier treedt bij pakketvorming interliniëring op. Een ringvormig element 80 kan in feite zowel een Z-gradient ring als een tussenring uit isolerend materiaal voorstellen. In het geval van een Z-gradient ring zijn weer elektrische contacten 74 aangebracht en kan de doorsnede van de ring locaal aan wensen daarvoor 20 worden aangepast. Voor het geval van een isolerende tussenring is een doorsnede 82 aangegeven die wat de hoogte betreft is aangepast aan de hoogte van een doorsnede 84 van een booggeleider en die verder, om ruimte te besparen relatief dun is uitgevoerd. Een tussenring kan aan een zijde van een verlengstuk 88 respectievelijk 90 zijn voorzien 25 waardoor aan die zijde een goede afscherming voor de booggeleiders is gewaarborgd. Een tussenring kan ook aan weerszijden van verlengstukken 88 en 90 zijn voorzien, terwijl deze ook van, de booggeleiders omvattende axiaal uitstekende randen 92 respectievelijk 94, kunnen zijn uitgerust. In deze verlengstukken kunnen uitsparingen 96 voor 30 positionering van de axiale geleiders zijn aangebracht. Zowel booggeleiders als tussenringen kunnen van uitsparingen in of uitsteeksels zijn voorzien, waarmede een exacte axiale, radiale en azumuthale positionering is gewaarborgd.

In Figuur 5 is in doorsnede een uitvoeringsvorm van een 35 radiaal gestapeld pakket 100 bevat booggeleiders 102 die de vorm van om een Z-as gebogen metaalfolie hebben. Als het materiaal van de booggeleiders en van bij de stapeling gebruikte tussenringen 104, die 8701947 PHN 12.214 8 hier meer cylindervormig zijn, wel uit magnetisch materiaal zijn gemaakt, verstoren meer naar binnen gelegen bogen het veld van meer naar buiten gelegen bogen niet en kan in de meetruimte een goed gedefinieerd gradiënten veld worden opgewekt. Het voordeel van deze stapeling is dat 5 de booggeleiders strippen metaalfolie vormen die gemakkelijk en zonder materiaal verlies uit een plaat kunnen worden gesneden en met de gewenste kromtestraal kunnen worden gebogen. Ook doorboringen van de geleiders of de isolatoren van het pakket voor het aanbrengen van de nodige elektrische geleiders kan zonder veldverstoring worden uitgevoerd.

10 Aanpassing aan de hoogte van pakketten met verschillend aantal geleiders kan, indien gewenst, met isolerend materiaal worden bereikt.

8701947

Claims (14)

1. Gradient spoelenstelsel voor een magnetisch resonantie apparaat met spoelen voor het opwekken van onderling loodrecht gerichte gradientvelden, met het kenmerk, dat booggeleiders met isolerende tussenringen star met elkaar verbonden, ringvormige pakketten vormen die 5 door onderlinge gerichte verbindingen tot zelfdragende spoelenstelsels zijn samengevoegd.

2. Gradient spoelenstelsel volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat booggeleiders in de vorm van relatief smalle ringsegmenten onder tussenvoeging van isolerende tussenringen in een axiale stapeling 10 tot ringenpakketten zijn samengevoegd.

3. Gradient spoelenstelsel volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat booggeleiders in de vorm van relatief brede ringsegmenten onder tussenvoeging van isolerende tussenringen in een radiale stapeling tot ringenpakketten zijn samengevoegd.

4. Gradient spoelenstelsel volgens conclusie 1, 2 of 3, met het kenmerk, dat booggeleiders voor x-gradient velden en booggeleiders voor Y-gradient velden onderling geïnterlinieerd tot ringvormige pakketten zijn samengevoegd.

5. Gradient spoelenstelsel volgens conclusie 1, 2, 3 of 4, 20 met het kenmerk, dat een cylindermanteloppervlak van een de pakketten booggeleiders ten hoogste voor ongeveer de helft door booggeleiders en verbindingsstukken wordt bedekt.

6. Gradient spoelenstelsel volgens conclusie 1, 2, 4 of 5, met het kenmerk, dat van een dwarsdoorsnede van booggeleiders een 25 radiale afmeting tenminste ongeveer een faktor 5 groter is dan een axiale afmeting.

7. Gradient spoelenstelsel volgens conclusie 1, 3, 4 of 5, met het kenmerk, dat van een dwarsdoorsnede van booggeleiders een axiale afmeting tenminste ongeveer een faktor 5 groter is dan een radiale 30 afmeting

8. Gradient spoelenstelsel volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de booggeleiders uit een elektrisch geleidende materiaal met een relatief grote elasticiteitsmodulus bestaan.

9. Gradient spoelenstelsel volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat booggeleiders voor X-Y gradientspoelen althans substantieel een gesloten ring vormen door aanvulling met 8701947 PHN 12.214 10 electrisch isolerend of elektrisch geleidend materiaal.

10. Gradient spoelenstelsel volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat elektrische aansluitingen voor galvanische verbinding tussen booggeleiders azimuthaal instelbaar zijn 5 uitgevoerd.

11. Gradient spoelenstelsel volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat tussenringen en/of booggeleiders zijn voorzien van uitsparingen en/of uitsteeksels voor een gefixeerde radiale, axiale en/of azumithale onderlinge positionering bij de 10 pakketvorming.

12. Gradient spoelenstelsel volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat ringenpakketten door starre axiaal gerichte verbindingen zijn verbonden.

13. Gradient spoelenstelsel volgens één der conclusies 1 15 tot 11, met het kenmerk, dat ringenpakketten star met een draagcylinder met een van de ringenpakketten afwijkende diameter zijn verbonden.

14. Magnetisch resonantie apparaat uitgerust met een gradient spoelenstelsel volgens één der voorgaande conclusies. 8701947