NL8701949A

NL8701949A - Magnetisch resonantie apparaat met geintegreerde gradient-rf spoelen.

Info

Publication number: NL8701949A
Application number: NL8701949A
Authority: NL
Original assignee: Philips Nv
Priority date: 1987-08-19
Filing date: 1987-08-19
Publication date: 1989-03-16
Also published as: JPS6468246A; US4893083A; EP0307981A1

Description

PHN 12.216 1 N.V. Philips' Gloeilampenfabrieken te Eindhoven.

Magnetisch resonantie apparaat met geïntegreerde gradient-rf spoelen.

De uitvinding heeft betrekking op een magnetisch resonantie apparaat uitgerust met een magneetstelsel voor het opwekken van een stationair magneetveld, een magneetstelsel voor het opwekken van onderling loodrechte gradientvelden en een rf spoel voor het opwekken 5 van een ruimtelijk homogeen rf magneetveld.

Een dergelijk magnetisch resonantie apparaat is bekend uit een artikel in Computertomography 1, 1981, pp 2-10.

In een dergelijk apparaat wordt voor het opwekken van het stationair magneetveld vooral voor apparaten met een relatief sterk 10 magneetveld, bijvoorbeeld groter dan 0,5 T, bij voorkeur gebruik gemaakt van een supergeleidend magneetstelsel. Hierdoor is het probleem van de hoge energie consumptie voor het opwekken van het stationaire veld omzeild. Een gradient spoelenstelsel kan gezien de relatief korte schakeltijden die daarin nodig zijn moeilijk uit supergeleidende spoelen 15 worden samengesteld. In bekende apparaten is het gradient spoelenstelsel dan ook een van de meest energie consumerende onderdelen. De in een dergelijk spoelenstelsel opgeslagen energie neemt toe met de 5e macht van de spoel afmeting. Hoe kleiner de spoel gemaakt kan worden, hoe efficiënter die zal kunnen werken. Een hoge opgeslagen energie is niet 20 alleen ongustig vanwegen de energiekosten, maar vooral ook omdat, daardoor, het realiseren van korte schakeltijden wordt bemoeilijkt, met toename van de benodigde energie steeds meer storende bijverschijnselen optreden.

Ook het opwekken van een homogeen rf zendveld in een 25 relatief grote meetruimte vraagt bij bekende spoelenstelsels relatief veel energie. Ook wordt de homogenieteit van een op te wekken rf veld nadelig beïnvloed door de aanwezigheid van de gradientspoelen en een gebruikelijk toegepast rf scherm en grote dure voedingsapparatuur nodig maakt.

30 De uitvinding beoogt een magnetisch resonantie apparaat te verschaffen, waarin de benodigde energie voor het gradient spoelen stelsel en voor het rf spoelen stelsel is gereduceerd en waarin 8701949 4 PHN 12.216 2 de homogeniteit van, in het bijzonder het rf veld in een meetruimte tenminste gelijkwaardig is met de homogeniteit in bekende apparaten.

Een magnetisch resonantie apparaat van de in de aanhef genoemde soort heeft daartoe volgens de uitvinding tot kenmerk, dat het 5 gradient spoelenstelsel en de rf spoel tot een geïntegreerd gradient rf spoelenstelsel zijn samengevoegd.

Doordat stroomgeleiders van gradient spoelen substantieel in eenzelfde cylindermantel oppervlak kunnen zijn gepositioneerd, kan een spoelenstelsel worden gerealiseerd met een beduidend geringere 10 diameter en reeds daardoor een beduidend geringere energie consumptie en kan nadelige beïnvloeding op het rf veld door het rf scherm en de gradientspoelen worden gereduceerd.

In een voorkeursuitvoering functioneren daartoe stroomgeleiders van gradientspoelen als afscherming voor een rf 15 spoelenstelsel, waardoor zowel een verbetering in de veldhomogeniteit van het rf veld als een reductie van strooivelden van de rf spoelen is gerealiseerd.

In een verdere voorkeursuitvoering zijn stroomgeleiders van rf spoelen geïntegreerd in constructiedelen van het gradient 20 spoelen stelsel, waarbij de stroomgeleiders eventueel niet overal op gelijke afstand van een rotatie as zijn gelegen.

In een verdere voorkeursuitvoering zijn meer naar buiten gelegen booggeleiders van gradientspoelen zodanig met rf spoelen geïntegreerd, dat aldaar een grotere diamter voor het spoelenstelsel 25 kan worden gerealiseerd, waardoor een verbetering in de toegankelijkheid voor te onderzoeken patiënten is verkregen. Anderzijds kan hierdoor aan een centraal gedeelte van het spoelenstelsel een geringere diameter worden gegeven, hetgeen de benodigde energie reduceert.

Aan de hand van de tekening zullen in het navolgende 30 enkele voorkeursuitvoeringen volgens de uitvinding nader worden beschreven. In de tekening toont

Figuur 1 een magnetisch resonantie apparaat volgens de uitvinding;

Figuur 2 een schetsmatige weergave van een axiale en een 35 radiale doorsnede van een geïntegreerd gradient rf spoelenstelsel daarvoor.

Een magnetisch resonantie apparaat, zoals weergegeven in 6701949 9· * ΡΗΝ 12.216 3

Figuur 1, bevat een magneetstelsel 2 voor het opwekken van een stationair homogeen magneetveld, een geïntegreerd magneetstelsel 4 voor het opwekken van magnetische gradientvelden en rf magnetische wisselvelden, voedingsbronnen 6 en 8 voor respectievelijk het 5 magneetstelsel 2 en het magneetstelsel 4. Een magneetspoel 10 van het geïntegreerde magneetstelsel 4, is aangesloten op een radiofrequentbron 12. Voor detectie van, door het rf zendveld in een te onderzoeken object opgewekte magnetische resonantie signalen kan bijvoorbeeld gebruik worden gemaakt van een oppervlaktespoel 13. Voor 10 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 radiofrequentbron 12, de voedingsbron 8 voor gradientspoelen en een 15 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 waterkoeling voor weerstandsspoelen of als een dewar voor 20 supergeleidende spoelen. De binnen de magneetstelsels 2 en 4 geplaatste zendspoel 10 omsluit een meetruimte 28 die bij een apparaat voor medisch diagnostische metingen voldoende ruimte biedt voor oparne van patiënten.

In de meetruimte 28 kunnen aldus een stationair magneetveld, gradientvelden voor positie selectie van af te beelden doorsneden en een 25 ruimtelijk homogeen radiofrequent 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 de magneet is gericht. Het door het stationair magneetstelsel 30 opgewekte stationair magneetveld is hier 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 object kan worden 35 gevormd.

Van een geïntegreerd gradient rf spoelenstelsel 4 toont Figuur 2a een axiale doorsnede en; Figuur 2b een radiale doorsnede.

8701949 PHN 12.216 4

Symmetrisch ten opzichte van het radiale symmetrievlak 30 zijn bijvoorbeeld gecombineerde X- en Y-gradient spoel booggeleiders pakketten 40 en 42, twee gradient spoel booggeleiders 44 en stroom terugvoer booggeleiders 46 aangebracht. Hoeveel van dergelijke 5 booggeleider pakketten het gradient spoelenstelsel bevat en hoe die zijn verdeeld en onderling zijn geïntegreerd, is voor de uitvinding minder relevant. Zo kan bijvoorbeeld ook een Z-gradient spoel booggeleider pakket in het Z-vlak zijn georiënteerd en kunnen eventueel ook Z-gradient booggeleiders, die gebruikelijk substantieel complete ringen 10 vormen, zijn geïntegreerd met X- en Y-graident booggeleiders die onderling azimuthaal over 90° zijn verschoven en zich over azimuthale booghoeken van bijvoorbeeld ongeveer 90° tot ongeveer 180° uitstrekken. Een al dan niet gesloten cylinder 48 verzorgt een axiale onderlinge verbinding van spoelonderdelen van het gradient 15 spoelenstelsel. In de hier geschetste voorkeursuitvoering is aan de cylinder 48 bewust een grotere diameter dan de buitendiameter van bijvoorbeeld de booggeleider pakketten 40 en 42 gegeven en is het stroom terugvoer booggeleider pakket 46 wel direct tegen de cylinder 48 gemonteerd. Hierdoor kan aan het stelsel een cylindervorm met een 20 centraal gedeelte 50 met een diameter van bijvoorbeeld ongeveer 60 cm, uitlopend in conische uiteinden 52 met een diameter oplopend tot bijvoorbeeld ongeveer 75 cm worden gegeven, schematisch met een streeplijn 55 is aangegeven, met de reeds genoemde voordelen. Tussenstukken 54 en 54 voor in het bijzonder X-Y spoelen 25 booggeleider pakketten 40 en 42 bestaan uit electrisch isolerend niet magnetisch materiaal en vormen bij voorkeur gesloten ringen. Van een rf spoel, bijvoorbeeld in de vorm van een bird-cage coil, zoals beschreven in EP 213665 zijn axiaal gerichte geleiders 60 opgenomen in het gradient spoelenstelsel, bijvoorbeeld door deze, zoals in Figuur 2a 30 is aangegeven door de tussenstukken van de booggeleider pakketten daarvan te laten verlopen. De geleiders 60 kunnen ook langs of in de cylinder 48 zijn opgenomen of bijvoorbeeld tegen een binnenzijde 62 van de booggeleider pakketten zijn gemonteerd. Door een dergelijke montage is een cylindervormig spoelenstelsel ontstaan dat zowel de 35 gradientspoelen als een rf zendspoel bevat en als een geheel in een magnetisch resonantie apparaat gemonteerd kan worden. Radiaal gemeten is aldus een beduidende ruimte winst ontstaan, waardoor vooral de voor het 8701849 PHN 12.216 5 gradient spoelenstelsel benodigde energie beduidend is gereduceerd. Door een aangepaste positionering van booggeleiders of windingen van het gradient spoelenstelsel kan het rf veld in positieve zin worden gemoduleerd. Hierdoor kan voor het rf veld een hogere homogeniteit 5 worden bereikt en kan axiale uitbreiding van het rf veld sterk worden gereduceerd, waardoor minder strooivelden optreden en ook voor het rf spoelenstelsel met een geringere voedingsenergie kan worden volstaan. Door de rotatie symmetrische opbouw om althans twee onderling loodrechte axiale vlakken kan de rf spoel in kwadratuur mode worden bedreven zonder 10 enige geometrische wijziging van het spoelenstelsel.

Terugvoerbooggeleiders kunnen zodanig worden gelocaliseerd en bedreven, dat ze een rf strooiveld compenserende werking uitoefenen. Versterkings-en voedings apparatuur kan door de uitvinding beduidend in vermogen en daardoor in omvang en kosten worden gereduceerd.

8701949

Claims

1. Magnetisch resonantie apparaat uitgerust met een magneetstelsel voor het opwekken van een stationair magneetveld, een magneetstelsel voor het opwekken van onderling loodrecht gradientvelden en een rf spoel voor het opwekken van een ruimtelijk homogeen rf 5 magneetveld, met het kenmerk, dat het gradient spoelenstelsel en de rf spoel tot een geïntegreerd gradient rf spoelenstelsel zijn samengevoegd.

2. Magnetisch resonantie apparaat volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat stroomgeleiders van het gradient spoelenstelsel en 10 stroomgeleiders van de rf spoel in substantieel eenzelfde cylinder manteloppervlak liggen.

3. Magnetisch resonantie apparaat volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat stroomgeleiders van een gradient spoelenstelsel fungeren als afschermelementen voor een rf spoel.

4. Magnetisch resonantie apparaat volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat de onderlinge locatie van stroomgeleiders van het gradient spoelenstelsel en stroomgeleiders van de rf spoel voor optimalisatie van de ruimtelijke homogeniteit van een in een meetruimte op te wekken rf zendveld in een op te wekken rf zendveld is aangepast 20

5. Magnetisch resonantie apparaat volgens conclusie 3 of 4, met het kenmerk, dat axiaal gemeten meer naar buiten gelegen stroomgeleiders van een gradient spoelenstelsel zijn gelocaliseerd voor een optimale afscherming van een rf strooiveld aldaar.

6. Magnetisch resonantie apparaat volgns één der 25 voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat stroomgeleiders van een rf spoel zijn opgenomen in uitsparingen in montage onderdelen van een gradient spoelenstelsel.

7. Magnetisch resonantie apparaat volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat axiaal gemeten meer naar 30 buiten gelegen booggeleiders van het spoelenstelsel een grotere diameter hebben dan meer centraal gelegen booggeleiders.

8. Magnetisch resonantie apparaat volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat het geïntegreerde spoelenstelsel voor een kwadratuur meetmethodiek symmetrisch is ten 35 opzichte van twee onderling loodrechte axiale vlakken.

9. Geïntegreerd gradient rf spoelenstelsel kennelijk bedoeld voor een-magnetisch resonantie apparaat volgens één der 8701949 PHN 12.216 7 voorgaande conclusies. 8701943