DE19511834A1

DE19511834A1 - Diagnostisches Magnetresonanzgerät

Info

Publication number: DE19511834A1
Application number: DE19511834A
Authority: DE
Inventors: Michael Sellers
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1995-03-30
Filing date: 1995-03-30
Publication date: 1996-10-02
Also published as: US5661399A; JPH08266513A

Description

Die Erfindung betrifft ein diagnostisches Magnetresonanzgerät mit einem Hauptmagnetfeld und Gradientenspulen zum Erzeugen von Gradientenfeldern, wobei die Gradientenspulen Leiter um fassen, die im wesentlichen senkrecht zum Hauptmagnetfeld verlauf

Ein diagnostisches Magnetresonanzgerät der eingangs genannten Art ist aus der US-PS 4 954 781 bekannt. Das dort offenbarte Magnetresonanzgerät besitzt einen zylindrischen Untersu chungsraum zur Aufnahme eines zu untersuchenden Patienten. Der Untersuchungsraum ist von einem supraleitenden Magneten umgeben, der im Untersuchungsraum ein homogenes und sich in axialer Richtung oder z-Richtung erstreckendes Hauptmagnet feld erzeugt. Zwischen dem supraleitenden Magneten und dem Untersuchungsraum ist ein zylindrisches Tragrohr angeordnet, auf dem Gradientenspulen befestigt sind zur Erzeugung von Gradientenfeldern in aufeinander senkrecht stehenden Richtun gen, wovon eine Richtung mit der Richtung des Hauptmagnetfel des in z-Richtung zusammenfällt. An dem Tragrohr sind eben falls Hochfrequenz-Antennen befestigt, mit denen die Magnet resonanzsignale erzeugt und empfangen werden können.

Im Betrieb des Magnetresonanzgerätes zur Erzeugung von Schnittbildern müssen die Gradientenfelder zu und abgeschal tet werden. Das erfolgt durch Speisung der Gradientenspulen mit geschalteten Strömen verschiedener Amplitude und ver schiedener Schaltfrequenzen, wobei zusätzlich auch die Rich tung der Ströme durch die Gradientenspulen geändert wird. Dies hat zur Folge, daß die Leiter der Gradientenspulen und damit auch das Tragrohr oszillierenden Kräften ausgesetzt ist, die unangenehme Geräusche erzeugen. Diese Geräusche er reichen bei modernen bildgebenden Sequenzen - insbesondere bei schneller Bildgebung - erhebliche Pegel.

Eine Möglichkeit zur Reduzierung der von den Gradientenspulen erzeugten Geräusche besteht darin, daß in der Nähe der Gra dientenspulen geräuschdämpfende Materialien angeordnet wer den, die die akustische Energie absorbieren und damit die Ge räuscherzeugung reduzieren. Die geräuschreduzierende Wirkung ist um so besser, je mehr das Dämpfungsmaterial hohen mecha nischen Spannungen oder Schwingungen ausgesetzt ist. Nach teilig ist jedoch, daß durch Schwingungen der Gradientenspu len die Genauigkeit der erzeugten Gradientenfelder beein trächtigt wird. Somit liegt eine Grenze für schalldämpfende Maßnahmen darin, daß die Genauigkeit der Gradientenfelder und damit die Bildqualität nicht beeinträchtigt werden dürfen.

Ein andere Maßnahme zur Reduzierung von für einen Patienten störenden Geräuschen besteht darin, die Geräusche zu kompen sieren, indem das Primärgeräusch nach einer 180° Phasenver schiebung als Kompensationsgeräusch ebenfalls dem Patienten zugeführt wird. Diese Maßnahme zeigt jedoch nur einen be grenzten Erfolg, weil die Schwingungsmoden der Gradientenspu len sehr komplex sind, und deshalb die notwendige 180° Pha sendrehung nicht für jeden Schwingungsmode eingehalten werden kann.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Magnetreso nanzgerät anzugeben, bei dem die Genauigkeit der Gradienten felder nicht beeinträchtigt und von den Gradientenspulen her rührende Geräuschbelästigung eines Patienten vermindert ist.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß den Leitern Mittel zum Reduzieren des in einer Umgebung der Leiter vorhandenen Hauptmagnetfeldes zugeordnet sind. Die Reduzierung des Haupt magnetfeldes an den im wesentlichen senkrecht zum Hauptma gnetfeld ausgerichteten Leitern der Gradientenspulen bewirkt, daß die auftretenden Kräfte in gleichem Maße reduziert sind. Entsprechend sind auch die Vibrationen der Gradientenspulen in ihrer Amplitude zumindest reduziert, im Idealfall elimi niert. Damit wird das Geräuschproblem schon an seiner Wurzel, d. h. an den auf die Gradientenspulenleiter wirkenden Lo rentz-Kräfte, gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind durch die Un teransprüche gekennzeichnet.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von drei Figuren er läutert. Es zeigen:

Fig. 1 in einer perspektivischen Ansicht die geräuscherzeu genden Elemente eines Magnetresonanzgeräts,

Fig. 2 das Prinzip zur Reduzierung der Geräusche und

Fig. 3 in einer Schnittdarstellung den prinzipiellen Aufbau eines geräuschreduzierten Magnetresonanzgeräts.

Fig. 1 zeigt die Teile eines diagnostischen Magnetresonanzge räts, die hauptsächlich Betriebsgeräusche erzeugen. Weitere für den Betrieb des Magnetresonanzgeräts notwendige Elemente sind andernorts vielfach beschrieben und hier aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt. Zum Magnetresonanzgerät gehört ein im wesentlichen zylindrischer Untersuchungsraum 2, der hier zur vollständigen Aufnahme eines Patienten ausge bildet ist. Ein homogenes Hauptmagnetfeld B_z, das von einer hier nicht dargestellten supraleitenden Magnetanordnung er zeugt wird, erstreckt sich in axialer Richtung des Untersu chungsraums 2. Die axiale Richtung definiert hier die Rich tung einer z-Koordinatenachse eines rechtwinkligen x-y-z-Ko ordinatensystems zusammen. An einem - hier nicht dargestell ten - koaxial zum Untersuchungsraum 2 ausgerichteten zylin dermantelförmigen Tragrohr sind Gradientenspulen befestigt, zur Erzeugung von Gradientenfeldern entlang den drei Koordi natenachsen x, y, z. Hier sind Gradientenspulen 4 dargestellt, die ein Gradientenfeld in x-Richtung erzeugen. Gradientenspu len zur Erzeugung eines Gradientenfeldes in y-Richtung sind in gleicher Weise aufgebaut wie die x-Gradientenspulen 4, je doch um 90° gedreht. Gradientenspulen zur Erzeugung eines Gradientenfeldes in z-Richtung bestehen im wesentlichen aus parallel zur x-y-Ebene ausgerichteten Leiterschleifen.

Zur Speisung mit den zur Erzeugung der Gradientenfelder erforderlichen Strömen sind die Gradientenspulen mit (hier nicht dargestellten) Gradientenstromversorgungen verbunden. So speist die mit den x-Gradientenspulen 4 verbundene Gra dientenstromversorgung die Gradientenspulen 4 mit Strömen in Richtung der Pfeile 6 oder entgegengesetzt dazu.

Die Gradientenspulen umfassen Leiter 8, die senkrecht zur Richtung des Hauptmagnetfeldes B_z ausgerichtet sind. Auf die se Leiter 8 wirken Kräfte F, die durch die in den Leitern 8 fließenden Ströme 6 und dem in der Umgebung der Leiter 8 vor handenen Magnetfeld B_z erzeugt werden. Die Kräfte F bewirken eine Auslenkung der Gradientenspulen einschließlich des Trag rohres. Bei den in Fig. 1 dargestellten Verhältnissen wird so mit das Tragrohr und die Gradientenspulen in der Mitte nach unten und an den Enden nach oben ausgelenkt. Entsprechende Verhältnisse treten bei den y-Gradienten auf. Durch das für eine Bildgebung notwendige Schalten der Gradientenströme än dern sich die Auslenkungen. Die Folge sind Vibrationen und damit unangenehme Geräusche.

Anhand von Fig. 2 soll nun das Prinzip der erfindungsgemäßen Reduktion des Hauptmagnetfeldes B_z an den Leitern 8 erläutert werden. Beispielhaft ist ein Leiter 8 mit seinem Querschnitt dargestellt, wie er sich aus einem in Fig. 1 mit II bezeichne ten Schnitt ergibt. Zu einer Spulenanordnung 10 zur Erzeugung eines Kompensationsmagnetfeldes gehören in Bezug zum Leiter 8 zum Untersuchungsraum 2 hin angeordnete Innenwindungen 14 und außerhalb angeordnete Außenwindungen 16. Die Windungen 14, 16 sind in Umfangsrichtung um den Untersuchungsraum 2 angeordnet und somit senkrecht zum Hauptmagnetfeld B_z ausgerichtet. Die Leiter 8 befinden sich zwischen den Innenwindungen 14 und Außenwindungen 16. Die Windungen 14, 16 sind mit einer ein stellbaren Gleichstromquelle 18 verbunden, die die Windungen 14, 16 mit einem Kompensationsstrom speist, der ein Kompensa tionsmagnetfeld 20 erzeugt, welches Kompensationsmagnetfeld 20 das Hauptmagnetfeld B_z in der Umgebung der Leiter 8 im Idealfall vollständig kompensiert. Dazu fließt der Kompensa tionsstrom in den Innenwindungen 14 vom Betrachter weg und in den Außenwindungen 16 auf den Betrachter zu, in Fig. 1 symbo lisiert durch Kreuze bzw. Punkte in den Windungen 14, 16.

Fig. 3 zeigt nun in einer Schnittdarstellung den Aufbau eines geräuschreduzierten Magnetresonanzgeräts. Innerhalb einer su praleitenden Spulenanordnung 21 zur Erzeugung des Hauptma gnetfeldes B_z ist ein Tragrohr 22 angeordnet, das den Unter suchungsraum 2 auf einer Zylindermantelfläche umgibt. Zum Untersuchungsraum 2 hin sind innenliegend Primärgradienten spulen 24 und vom Untersuchungsraum 2 weg außenliegend Sekun därgradientenspulen 26 angeordnet, die das nach außen treten de Streufeld der Primärgradientenspulen 24 kompensieren. Die se Art der Kompensation des Gradientenstreufeldes wird auch als aktive Schirmung bezeichnet, wodurch Wirbelströme in au ßenliegenden leitfähigen Teilen, wie z. B. in dem Kryogefäß des supraleitenden Magneten, verhindert werden. Die Gradien tenspulen 24, 26 sind mit dem Tragrohr 22 zu einer stabilen Einheit vergossen. Koaxial zum Tragrohr 22 und zu den Gra dientenspulen 24, 26 sind zum Untersuchungsraum 2 hin die In nenwindungen 14 und außerhalb die Außenwindungen 16 angeord net. Der Abstand der Innenwindungen 14 zu den Außenwindungen 16 ist so klein, das sie nur einen geringen Einfluß auf die Linearität der Gradientenfelder und die Homogenität des Grundfeldes im Untersuchungsraum 2 haben. Gegebenenfalls kann der Einfluß auch durch Shimmaßnahmen ausgeglichen werden.

Es ist nicht notwendig, die Innenwindungen 14 und Außenwin dungen 16 über die gesamte Länge des Untersuchungsraums 2 gleichmäßig anzuordnen. Erhebliche Geräuschreduzierungen las sen sich schon erzielen, wenn die Windungen 14, 16 das Haupt magnetfeld B_z nur im Bereich der senkrecht zum Hauptmagnet feld B_z ausgerichteten Leiter 8 kompensieren.

Die Innenwindungen 14 und Außenwindungen 16 erzeugen selbst auch Geräusche, wenn in den Gradientenspulen 24, 26 die Gra dientenströme geschaltet werden. Die Geräusche sind jedoch erheblich geringer, als die vom Hauptmagnetfeld B_z und der Gradientenströme herrührenden Geräusche. Sie sind zudem gut zu dämmen, da hier - im Gegensatz zu den Gradientenspulen 24, 26 - große Vibrationsamplituden zugelassen werden können, ohne die Qualität der Gradientenfelder zu beeinträchtigen. Eine zum Untersuchungsraum 2 hin angeordnete schallschluc kende und/oder schalldämmende Schicht 28 senkt erheblich die von der Spulenanordnung 10 erzeugten Geräusche.

Claims

1. Diagnostisches Magnetresonanzgerät mit einem Hauptmagnet feld und Gradientenspulen (4, 24, 26) zum Erzeugen von Gradien tenfeldern, wobei die Gradientenspulen (4, 24, 26) Leiter (8) umfassen, die im wesentlichen senkrecht zum Hauptmagnetfeld verlaufen, dadurch gekennzeichnet daß den Leitern Mittel (14, 16, 18) zum Reduzieren des in einer Umgebung der Leiter (8) vorhandenen Hauptmagnetfeldes zuge ordnet sind.

2. Diagnostisches Magnetresonanzgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mit tel (10, 14, 16, 18) zum Reduzieren des Hauptmagnetfeldes in der Umgebung des Leiters (8) Mittel (10, 14, 16, 18) zum Erzeugen eines Kompensationsmagnetfeldes (20) in der Umgebung der Lei ter (8) umfassen.

3. Diagnostisches Magnetresonanzgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mit tel (10, 14, 16, 18) zum Erzeugen des Kompensationsmagnetfeldes (20) eine Spulenanordnung (10, 14, 16) und eine damit verbun dene Gleichstromquelle (18) umfassen.

4. Diagnostisches Magnetresonanzgerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gra dientenspulen (4, 24, 26) an einer einen Untersuchungsraum (2) umgebende Zylindermantelfläche (12, 22) angeordnet sind, daß sich das Hauptmagnetfeld in einer axialen Richtung des Zylin dermantels (12, 22) erstreckt und daß die Spulenanordnung (10, 14, 16) in Bezug zum Zylindermantel (12, 22) koaxiale und in Umfangsrichtung verlaufende Windungen (10, 14, 16) umfaßt.

5. Diagnostisches Magnetresonanzgerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Spu lenanordnung (10) Innenwindungen (14) die an einer Innenseite des Zylindermantels (12, 22) angeordnet sind, und Außenwin dungen (16), die an einer Außenseite des Zylindermantels (12) angeordnet sind, umfassen, wobei zumindest die Leiter (8) zwischen den Innen- und Außenwindungen (14 bzw. 16) angeord net sind.

6. Diagnostisches Magnetresonanzgerät nach einem der Ansprü che 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet daß die Gradientenspulen (4, 24, 26) Primär-Gradientenspulen (24) und Sekundär-Gradientenspulen (26) umfassen, wobei die Sekundär-Gradientenspulen (26) zum Kompensieren eines von den Primär-Gradientenspulen (24) außerhalb eines Untersuchungs raums (2) erzeugten Streumagnetfeldes vorgesehen sind.

7. Diagnostisches Magnetresonanzgerät nach einem der Ansprü che 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet daß eine supraleitende Spulenanordnung (21) zum Erzeugen des Hauptmagnetfeldes vorgesehen ist.

8. Diagnostisches Magnetresonanzgerät nach einem der Ansprü che 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet daß den Mitteln (10, 14, 16, 18) zum Reduzieren des Hauptmagnet feldes schallschluckende und/oder schalldämmende Materialien (28) räumlich zugeordnet sind.