DE102008019897A1

DE102008019897A1 - Gradientenspule

Info

Publication number: DE102008019897A1
Application number: DE102008019897A
Authority: DE
Inventors: Sabrina Harter; Johann Schuster; Stefan Stocker
Original assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Current assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Priority date: 2008-04-21
Filing date: 2008-04-21
Publication date: 2009-12-31
Also published as: US20090261831A1; US8067939B2

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Gradientenspule (GS) eines Magnetresonanzgeräts, bei der die Gradientenspule (GS) eine erste Leiterstruktur (LS1) und eine zweite Leiterstruktur (LS2) aufweist. Diese sind miteinander verbunden, so dass Wicklungen der Gradientenspule (GS) gebildet werden. Die erste Leiterstruktur (LS1) weist flächige, elektrisch leitende Elemente auf, die voneinander isoliert sind. Die zweite Leiterstruktur (LS2) weist voneinander isolierte leitende Drähte (D) auf.

Description

Die Erfindung betrifft eine Gradientenspule eines Magnetresonanzgeräts.
Ein Magnetresonanzgerät weist ein Gradientenspulensystem auf, das drei (Teil-)Gradientenspulen beinhaltet. Mit Hilfe einer ersten Gradientenspule wird beispielsweise ein magnetischer Feldgradient in X-Richtung erzeugt, während mit Hilfe einer zweiten Gradientenspule ein magnetischer Feldgradient in Y-Richtung erzeugt wird. Eine dritte Gradientenspule schließlich erzeugt einen magnetischen Feldgradienten in Z-Richtung.
Die XY-Gradientenspulen werden aufgrund ihres geformten Aufbaus als so genannte ”Sattelspulen” bezeichnet.
Es ist bekannt, Sattelspulen mit Hilfe von gebündelten, einzelnen Drähten aufzubauen. Bei diesem Spulenaufbau werden Leiterschleifen, die aus typischerweise ein bis sechs gebündelten Einzeldrähten bestehen, auf einer Trägerplatte fixiert, beispielsweise durch aufkleben.
Die Einzeldrähte einer Leiterschleife sind untereinander mit einer Lackisolationsschicht von typischerweise 2 × 10 μm Dicke versehen und damit untereinander isoliert. Die Einzeldrähte der Leiterschleife werden von einem gemeinsamen Stromsignal durchflossen, um das Y-Gradientenfeld bzw. das Y-Magnetfeld in einem Untersuchungsbereich des Magnetresonanzsystems auszubilden.
Derartige Sattelspulen ermöglichen in einem vorgegebenen zentralen Spulenbereich die Realisierung einer optimierten Stromdichte, um im Untersuchungsbereich das gewünschte Magnetfeld auszubilden.
Spulenwicklungen aus Einzeldrähten bieten den Vorteil, dass in einem vorbestimmten zentralen Spulenbereich eine hohe Anzahl an Spulenwicklungen anordenbar sind. Nachteilig ist hier jedoch ein relativ hoher ohmscher Widerstand, bedingt durch die verwendeten Einzeldrähte.
Es ist auch bekannt, Sattelspulen unter Verwendung einer elektrisch leitenden Platte auszubilden. In die elektrisch leitende Platte werden beispielsweise elliptisch verlaufende Trennstrukturen als so genannte Spuren eingefräst. Nachfolgend wird die Platte in Sattelform gebracht – z. B. durch Biegung der Platte in Form eines halben Zylindermantels.
Die Spuren können auch durch Schneideverfahren wie beispielsweise Wasserstrahlschneidverfahren oder Laserschneidverfahren, etc., oder mit Hilfe von Stanztechniken erstellt werden.
Durch die Biegung der Platte in Sattelform und durch die trennenden Spuren werden Leiterstrukturen gebildet, die mit einem Stromsignal beaufschlagt ein gewünschtes X-Gradientenfeld oder Y-Gradientenfeld ausbilden.
Durch eine maximal erreichbare Stromdichte in einem mittleren Bereich der Platte wird eine magnetische Feldeffizienz bestimmt. Daraus ergibt sich die Forderung nach einem minimalen Isolationsabstand zwischen den Spulenwindungen bzw. Leiterstrukturen in diesem mittleren Bereich. Dabei werden maximale Leiterstruktur-Querschnitte gefordert.
Die Leistungsaufnahme eines Gradientensystems aus dem Stromnetz wird durch den ohmschen Widerstand der Gradientenspulen bestimmt. Daraus ergibt sich eine Forderung nach einem maximalen Querschnitt der jeweiligen Leiterstrukturen, um eine beim Kunden nur begrenzt zur Verfügung stehende Netzleistung nutzen zu können.
Bei heute üblichen Strömen von 500 A bis 1000 A ergeben sich im allgemeinen 20 bis 30 einzelne Leiterschleifen pro Spulen viertel, die auf der Platte der späteren Sattelspule zu realisieren sind.
Der Vorteil einer aus einer elektrisch leitenden Platte erstellten Gardientenspule besteht darin, dass die Gradientenspule einen sehr geringen ohmschen Widerstand aufweist, weil als Leiterstruktur eine großflächige, leitende Fläche zur Verfügung steht, die lediglich durch die Breite der Spur geschmälert wird. Je nach Technik kann diese Spur sehr schmal – auch nur wenige Millimeter breit – sein.
Nachteilig ist jedoch, dass eine dichte Leiterbahnbelegung in zentralen Spulenbereichen nur schwer realisierbar ist, weil aus Gründen der Isolationsfestigkeit ein vorbestimmter Windungsabstand eingehalten werden muss.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Gradientenspule anzugeben, die sowohl eine dichte Leiterbahnbelegung als auch einen geringen ohmschen Widerstand aufweist.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die erfindungsgemäße Gradientenspule weist eine erste Leiterstruktur und eine zweite Leiterstruktur auf, die miteinander verbunden sind und die Wicklungen der Gradientenspule bilden.
Die erste Leiterstruktur weist flächige, elektrisch leitende Elemente auf, die voneinander isoliert sind.
Die zweite Leiterstruktur weist hingegen voneinander isolierte leitende Drähte auf.
Bei der erfindungsgemäßen Gradientenspule werden also die beiden aus dem Stand der Technik bekannten Spulen-Ausgestaltungsformen vorteilhaft miteinander kombiniert.
In Spulenbereichen, die eine hohe Leiterdichte benötigen, werden zur Erstellung von Spulenwindungen Drähte bzw. Drahtleitungen verwendet. In diesen Bereichen kann dadurch eine gute Sensitivität und Linearität des Magnetfelds erreicht werden.
In Spulenbereichen, die eine geringe Leiterdichte erlauben, werden zur Erstellung von Spulenwindungen flächenhaft ausgestaltete Elemente als Leiterbahnen verwendet.
Diese Elemente werden vorteilhafterweise aus einer elektrisch leitenden Platte gebildet. Die Platte weist dabei eine sie durchdringende linienförmige Aussparung auf, durch die die Elemente gebildet werden.
Die jeweiligen Übergänge zwischen dem Drähten einerseits und den flächenhaften Elementen andererseits werden durch Lötverbindungen hergestellt.
Im Vergleich zu bisherigen Gradientenspulen, die ausschließlich aus Drähten bzw. Drahtbündeln gefertigt sind, wird durch die vorliegende Erfindung deren ohmscher Widerstand gesenkt.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht auch eine Verbesserung der thermischen Spuleneigenschaften. Einerseits wird ggf. entstehende Wärme über die flächigen Leiterbahnen schnell abgeführt, andererseits entsteht weniger Wärme durch reduzierten ohmschen Widerstand der Gradientenspule.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht eine verbesserte Zylinderform hinsichtlich ihrer Bauhöhe, bedingt durch die flächige Ausgestaltung der ersten Leiterstruktur. Zusätzlich bilden diese Flächen eine verbesserte Auflagefläche für darüber angeordnete weitere Spulenschichten.
In einer bevorzugten Ausgestaltung werden flächige Leiterstrukturen einer Aluminiumplatte mit Kupferdrähten kombiniert, um Materialkosten zu sparen.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert.
Dabei zeigt 1 einen Teil einer erfindungsgemäß ausgestaltete Gradientenspule GS, die als Sattelspule ausgebildet ist.
Die Sattelspule ist hier vor ihrer räumlichen Formung in Draufsicht dargestellt.
In eine elektrisch leitende Platte P, die hier bevorzugt aus Aluminium gefertigt ist, wird eine Aussparung AUS eingebracht. Diese Aussparung AUS durchdringt die Platte P vollständig, so dass flächige Elemente E gebildet werden.
Die Aussparung AUS wird beispielsweise mit Hilfe von Fräs-Verfahren, Stanz-Verfahren, Laserschneide- oder Wasserstrahl-Verfahren, etc., in die Platte P eingebracht.
Damit wird eine erste Leiterstruktur LS1 gebildet, die flächenhaft ist und einen geringen ohmschen Widerstand aufweist.
Die erste Leiterstruktur LS1 ist mit einer zweiten Leiterstruktur LS2 verbunden, so dass Wicklungen der Gradientenspule GS gebildet werden.
Die zweite Leiterstruktur LS2 weist voneinander isolierte, leitende Drähte D auf, die bevorzugt aus Kupfer-Lackdraht bestehen.
Die erste Leiterstruktur LS1 ist mit der zweiten Leiterstruktur LS2 an Verbindungsstellen VER verbunden.

Claims

Gradientenspule (GS) für ein Magnetresonanzgerät, – bei der die Gradientenspule (GS) eine erste Leiterstruktur (LS1) und eine zweite Leiterstruktur (LS2) aufweist, die miteinander verbunden sind, so dass Wicklungen der Gradientenspule (GS) gebildet werden, – bei der die erste Leiterstruktur (LS1) flächige, elektrisch leitende Elemente, die voneinander isoliert sind, aufweist, und – bei der zweite Leiterstruktur (LS2) voneinander isolierte leitende Drähte (D) aufweist.
Gradientenspule (GS) nach Anspruch 1, bei der die Elemente durch das Einbringen einer linienförmigen Aussparung (AUS) in eine elektrisch leitende Platte (P) gebildet sind, wobei die Aussparung (AUS) die Platte (P) vollständig durchdringt.
Gradientenspule (GS) nach Anspruch 2, – bei der die elektrisch leitende Platte (P) aus Kupfer oder Aluminium gefertigt ist, und/oder – bei der die Drähte aus Kupfer oder Aluminium gefertigt sind.
Gradientenspule (GS) nach Anspruch 1, bei der die Gradientenspule (GS) als Sattelspule ausgebildet ist, wobei die erste und die zweite Leiterstruktur (LS1, LS2) räumlich geformt sind, so dass die mit einem Stromsignal durchflossen beiden Leiterstrukturen (LS1, LS2) in einem Untersuchungsbereich ein Gradientenmagnetfeld ausbilden.
Gradientenspule (GS) nach Anspruch 1, bei der die Gradientenspule (GS) als Ganzkörperspule ausgestaltet ist.