DE10208482A1 - Spulensystem mit hinsichtlich der abgegebenen Wärme bestimmter Stromregelung - Google Patents

Abstract

Das Spulensystem umfasst einen Verstärker (100) und eine mit dem Verstärker (100) elektrisch verbundene Spule (200). Zur Einstellung des vom Verstärker (100) der Spule (200) zugeführten Stromes (I) sind außerdem Stromstellmittel (300) vorgesehen. Letztere bewirken eine Stromeinstellung, so dass in der Spule (200) zumindest im Mittel eine vorgegebene Verlustleistung in Wärme umgesetzt wird.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Spulensystem mit einem Verstärker und mindestens einer mit dem Verstärker elektrisch verbundenen Spule. Insbesondere ist das Spulensystem zum Einsatz in einem Magnetresonanzgerät bestimmt.
• Die Magnetresonanztechnik ist eine bekannte Technik zum Gewinnen von Bildern eines Körperinneren eines Untersuchungsobjekts. Dabei werden in einem Magnetresonanzgerät, einem statischen Grundmagnetfeld, das von einem Grundfeldmagnetsystem erzeugt wird, schnell geschaltete Gradientenfelder überlagert, die von einem Gradientenspulensystem erzeugt werden. Ferner umfasst das Magnetresonanzgerät ein Hochfrequenzsystem, das zum Auslösen von Magnetresonanzsignalen Hochfrequenzsignale in das Untersuchungsobjekt einstrahlt und die erzeugten Magnetresonanzsignale aufnimmt, auf deren Basis Magnetresonanzbilder erstellt werden.
• Dabei ist eine hohe Homogenität des Grundmagnetfeldes ein entscheidender Faktor für die Qualität der Magnetresonanzbilder. Inhomogenitäten des Grundmagnetfeldes innerhalb eines Abbildungsvolumens des Magnetresonanzgeräts verursachen geometrische Verzerrungen des Magnetresonanzbildes, die den Inhomogenitäten proportional sind. Besonders wichtig ist die Feldhomogenität bei den sogenannten schnellen Pulssequenzen, beispielsweise beim Echoplanarverfahren.
• Zum Verbessern der Grundmagnetfeldhomogenität innerhalb des Abbildungsvolumens werden sogenannte Shim-Systeme eingesetzt. Dabei unterscheidet man passive und aktive Shim-Systeme.
• Bei einem passiven Shim-System wird eine Anzahl von Eisenblechen im Untersuchungsraum des Geräts in einer geeigneten Anordnung angebracht. Dazu wird das Grundmagnetfeld innerhalb des Abbildungsvolumens vor dem Anbringen der Eisenbleche vermessen. Aus den gemessenen Werten ermittelt ein Rechenprogramm die geeignete Anzahl und Anordnung der Eisenbleche. Ein passives Shim-System mit einem speziellen Berechnungsverfahren für die Anzahl, Stärken und Positionen der einzelnen Shimeisenbleche ist beispielsweise in der DE 199 22 652 C2 beschrieben.
• Bei einem aktiven Shim-System werden dagegen zum Homogenisieren des Grundmagnetfeldes mit Gleichströmen beaufschlagbare Shim-Spulen eingesetzt. Zum Betrieb der Shim-Spulen sind Netzgeräte erforderlich, die sehr konstante und reproduzierbar einstellbare Gleichströme liefern. Das aktive Shim-System wird unter anderem zur Feinkorrektur verwendet, wenn es auf eine sehr hohe Homogenität ankommt, beispielsweise um durch eine Suszeptibilität des wenigstens teilweise im Abbildungsvolumen gelagerten Untersuchungsobjekts verursachte Feldverzerrungen zu korrigieren. Ein aktives Shim-System mit einem speziellen Einstellverfahren für die in die Shim-Spulen und/oder Gradientenspulen eingespeisten Ströme ist beispielsweise in der DE 100 30 142 C1 beschrieben.
• Weiterhin ist es insbesondere aus der DE 195 11 791 C1 bekannt, eine lineare Inhomogenität des Grundmagnetfeldes, d. h. eine Feldstörung erster Ordnung, durch ein Beaufschlagen einer Gradientenspule mit einem Offset-Strom zu korrigieren. Dabei ist der Offset-Strom ein konstanter Strom, der einem eine Gradientensequenz ausführenden Gradientenspulenstrom überlagert wird. Dieser Ansatz beruht auf der Überlegung, dass sich das Grundmagnetfeld innerhalb des Abbildungsvolumens mit Koeffizienten einer Kugelfunktions-Reihenentwicklung beschreiben lässt. Feldinhomogenitäten höherer Ordnung werden nicht mehr mittels der Gradientenspulen, sondern mittels mehrerer, im wesentlichen jeweils einen der Kugelfunktions-Koeffizienten kompensierenden Shim-Spulen ausgeglichen. Bei dieser Methode kommt man im allgemeinen mit neun Shim-Spulen aus, so dass zusammen mit den drei Gradientenspulen die zwölf Kugelfunktions-Koeffizienten, die die Feldhomogenität am meisten stören, kompensiert werden können.
• Die bekannten Verfahren und Systeme zur Verbesserung der Grundmagnetfeldhomogenität sind entweder wie die aktiven Shim-Systeme sehr aufwendig in der Umsetzung oder leiden wie die passiven Shim-Systeme unter einer Temperaturabhängigkeit ihrer kompensierenden Wirkung. Die magnetische Eigenschaft der Shimeisenbleche ist nämlich temperaturabhängig, so dass sich der Shimzustand und damit die Grundmagnetfeldhomogenität mit der Temperatur ändert.
• Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, ein zur Verbesserung der Grundmagnetfeldhomogenität geeignetes System anzugeben, das einfach in der Umsetzung und auch weitgehend temperaturunabhängig ist.
• Zur Lösung der Aufgabe wird ein Spulensystem entsprechend den Merkmalen des Patentanspruchs 1 angegeben.
• Das erfindungsgemäße Spulensystem umfasst mindestens einen Verstärker, eine mit dem Verstärker elektrisch verbundene Spule sowie Stromstellmittel zur Einstellung des vom Verstärker der Spule zugeführten Stromes, so dass in der Spule zumindest im Mittel eine vorgegebene Verlustleistung in Wärme umgesetzt wird.
• Die Erfindung beruht dabei auf der Erkenntnis, dass der hauptsächliche Wärmeeintrag, der bei den passiven Shimeisenblechen zu einer Temperaturveränderung führt, durch den Stromfluss in den Gradientenspulen erfolgt. Je nachdem, welcher Sequenzstrom gerade in einer der betreffenden Gradientenspulen fließt, heizen sich die benachbart zu den Gradientenspulen angeordneten passiven Shimeisenbleche entweder auf oder kühlen sich beispielsweise während der Sequenzpausen wieder ab. Es wurde erkannt, dass der störende Temperatureinfluss auf die passiven Shimeisenbleche durch eine zusätzliche Strombeaufschlagung der (Gradienten-)Spule behoben werden kann. Der zusätzliche, in die Spule eingespeiste Stromanteil wird dabei so bemessen, dass der insgesamt in der Spule fließende Summenstrom mindestens gleich dem höchsten während des normalen Betriebs vorkommenden Sequenzstrom ist. Die in der Spule durch den Summenstrom verursachte elektrische Verlustleistung ist dann also auch in etwa gleich der ansonsten nur im Falle des maximalen Sequenzstroms auftretenden Verlustleistung.
• Die Spule strahlt infolgedessen zumindest im zeitlichen Mittel auch eine in etwa konstante Wärmemenge ab. Die in der unmittelbaren Umgebung angeordneten Shimeisenbleche befinden sich nach einer thermischen Anlaufphase, die dem Einschalten des Magnetresonanzgeräts folgt, in einem weitgehend homogenen Temperaturfeld. Die temperaturbedingten Schwankungen der magnetischen Eigenschaften der Shimeisenbleche entfallen und die Kompensation des Grundmagnetfelds findet während des eigentlichen Betriebs immer in praktisch gleicher Art und Weise statt.
• Durch die zusätzlich vorgesehenen Stromstellmittel und die damit einhergehende Beaufschlagung der Spule mit einem zusätzlichen Stromanteil können also zum einen die verglichen mit den aktiven Shim-Spulen weniger aufwendigen passiven Shimeisenbleche verwendet werden, wobei zum anderen jedoch auch die sonst bei dem Einsatz der Shimeisenbleche übliche Temperaturabhängigkeit der Kompensation vermieden wird.
• Die Tatsache, dass die zusätzliche Wärme genau dort erzeugt wird, wo auch die durch die Sequenzströme zeitabhängige Wärme entsteht, nämlich in der Spule selbst, ist mit ausschlaggebend für die genannten vorteilhaften Wirkungen. So sind für die zusätzliche Beheizung keine wesentlichen zusätzlichen Komponenten, beispielsweise in Form gesonderter Heizelemente oder auch einer gesonderten Leistungselektronik, erforderlich. Mit dem Verstärker und der Spule werden in erster Linie ohnehin vorhandene Komponenten verwendet. Auch dadurch sinkt der für die Realisierung erforderliche Aufwand erheblich. Außerdem kann ein herkömmliches Spulensystem leicht nachgerüstet werden, da man im Wesentlichen auf die bestehenden Bauteile zurückgreifen kann.
• Vorteilhafte Ausgestaltungen des Spulensystems gemäß der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
• Vorzugsweise enthält der Strom, der in die Spule eingespeist wird, einen ersten Anteil, der in der Spule zur Erzeugung der Gradientenfeldstärke dient. Hierbei handelt es sich um einen sogenannten Puls- oder Sequenzstrom, der sich in zyklischen Abständen wiederholt. Der erste Stromanteil wird hier mit Sequenzstromanteil bezeichnet. Zusätzlich wird ein hier als Heizstromanteil bezeichneter zweiter Stromanteil in die Spule eingespeist. Der Heizstromanteil dient nicht zur Felderzeugung, sondern zur Heizung. Seine Größe ist so bemessen, dass die von der Spule insgesamt abgegebene Wärmemenge einem vorgegebenen Wert entspricht.
• Der Heizstromanteil ist insbesondere mittelwertfrei. Beispielsweise kann er als periodisches und insbesondere auch als sinusförmiges Wechselstromsignal ausgebildet sein. Für die Bildgebung eines Magnetresonanzgeräts ist stets das Integral der Gradientenfeldstärke über der Zeit ausschlaggebend. Deshalb ist es günstig, wenn sich das zeitliche Integral des Heizstromanteils zumindest innerhalb der Zeitspanne, in der der Sequenzstromanteil ungleich Null ist, wegmittelt. Dadurch wird eine unerwünschte feldbeeinflussende Wirkung des Heizstromanteils vermieden.
• Günstig hinsichtlich einer möglichst geringen felderzeugenden Wirkung des Heizstromanteils ist es, wenn eine Frequenz des Heizstromanteils mit einer insbesondere in einem Magnetresonanzgeräts ohnehin vorhandenen Taktfrequenz synchronisiert ist. Wenn die Frequenz des Heizstromanteils und insbesondere der Schalttakt des Sequenzstromanteils miteinander synchronisiert sind, wirkt sich dies besonders günstig hinsichtlich eines verschwindenden Mittelwerts des Heizstromanteils während der Sequenzdauer des Sequenzstromanteils aus.
• Vorteilhafterweise nimmt das über der Sequenzdauer des Sequenzstromanteils ermittelte zeitliche Integral des Heizstromanteils den Wert Null an. Dies sollte möglichst für alle denkbaren Sequenzdauern gelten. Im Betrieb eines Magnetresonanzgeräts sind nämlich unterschiedliche Sequenzdauern denkbar. Insbesondere sollte das zeitliche Integral auch für die kürzeste Sequenzdauer den Wert Null annehmen. Dann wird das durch den Sequenzstromanteil erzeugte Feld praktisch nicht durch den Heizstromanteil beeinträchtigt.
• Ebenfalls möglich ist eine zeitliche Trennung des Sequenzstromanteils und des Heizstromanteils. Hierbei nimmt der Sequenzstromanteil nur während der Sequenzpausen einen von Null verschiedenen Wert an. Dadurch kann ein störender Einfluss des Heizstromanteils auf das Gradientenfeld praktisch von vornherein ausgeschlossen werden. Eine derartige zeitliche Entkopplung der beiden Stromanteile ist insbesondere dann von Vorteil, wenn die Periodendauer des Sequenzstromanteils kleiner ist als die thermische Zeitkonstante.
• Bei einer vorteilhaften Ausführungsform sind die Stromstellmittel dergestalt ausgebildet, dass der Heizstromanteil entsprechend dem aktuellen Sequenzstromanteil nachgeführt wird, so dass die von beiden Stromanteilen bewirkten Heizleistungen in Summe gleich einem vorgegebenen Wert sind. Dieser vorgegebene Wert kann beispielsweise die durch den höchstmöglichen Sequenzstrom bewirkte Heizleistung darstellen.
• Vorteilhaft ist es auch, wenn es sich bei der Spule mit geregelter Stromzuführung um eine z-Gradientenspule eines Magnetresonanzgeräts handelt. Aufgrund der speziellen räumlichen Anordnung bewirkt eine solche z-Gradientenspule einen höheren Wärmeeintrag als die x- und y-Gradientenspulen. Bei einer sehr stark unterschiedlichen Wärmeeinkopplung kann es deshalb ausreichen, nur die z-Gradientenspule mit Stromstellmitteln zur zusätzlichen Beaufschlagung mit einem Heizstromanteil auszustatten. Dies trägt zu einem reduzierten Leistungsbedarf und außerdem zu einem reduzierten Aufwand bei.
• Günstig ist es, wenn Erfassungsmittel zur Erfassung der von der Spule abgegebenen Wärmeleistung vorgesehen sind. Insbesondere kommen hierbei ein Wirkleistungssensor zur Erfassung der in die Spule insgesamt eingespeisten Wirkleistung oder auch mindestens ein Temperatursensor, der beispielsweise in der Nähe der Shimeisenbleche angebracht ist, in Betracht. Anhand der mittels dieser Erfassungsmittel gewonnenen Information lässt sich dann der Heizstromanteil entsprechend nachregeln.
• Hierzu ist insbesondere eine Regelschleife zur Stromregelung als Bestandteil der Stromstellmittel vorgesehen.
• Bei einer weiteren Variante wird die Störbeeinflussung des Heizstromanteils dadurch weiter reduziert, dass der Leiter der Spule in zwei Teilstränge aufgeteilt wird. Dies ist insbesondere dann problemlos möglich, wenn die Spule einen Seilleiter enthält. Eine Hälfte der Einzelstränge wird dann zu einem ersten Teilleiter und die zweite Hälfte zu einem zweiten Teilleiter zusammengefasst. Vorteilhafterweise sind die beiden so gebildeten Teilleiter bifilar angeordnet, wodurch der Heizstromanteil kein Feld erzeugt. Außerdem hat die bifilare Anordnung eine sehr geringe Eigeninduktivität, so dass auch ein Heizstromanteil mit einer relativ hohen Frequenz problemlos eingespeist werden kann. Beispielsweise liegt die Frequenz bei 10 MHz. Die hohe Heizfrequenz bewirkt dabei aufgrund der geringeren Skintiefe eine höhere Heizleistung als eine niedrigere Heizfrequenz.
• Vorzugsweise sind die beiden Teilleiter der Spule an ihrem einen Ende miteinander kurzgeschlossen und an ihrem jeweiligen anderen Ende so beschaltet, dass sie wahlweise mit kurzgeschlossenen oder getrennten zweiten Leiterenden betrieben werden können. Der Kurzschlussbetrieb ist insbesondere für den Sequenzstromanteil, der Betrieb mit getrennten zweiten Leiterenden dagegen für den Heizstromanteil vorgesehen. Eine diesbezüglich beispielsweise geeignete Beschaltung umfasst eine auf die Frequenz des Heizstromanteils abgestimmte Bandsperre, einen auf dieselbe Frequenz abgestimmten Bandpass sowie einen Differentialtransformator.
• Bevorzugte, jedoch keinesfalls einschränkende Ausführungsbeispiele des Spulensystems werden nunmehr anhand der Zeichnung näher erläutert. Zur Verdeutlichung ist die Zeichnung nicht maßstäblich ausgeführt und gewisse Merkmale sind schematisiert dargestellt. Im einzelnen zeigen die:
• Fig. 1 ein Spulensystem mit Stromstellmitteln zur Einstellung des der Spule zugeführten Stroms,
• Fig. 2 Diagramme für den zeitlichen Verlauf der der Spule zugeführten Stromanteile,
• Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel der in Fig. 1 schematisch gezeigten Stromstellmittel und
• Fig. 4 ein zweisträngiges Ausführungsbeispiel der Spule mit zugehöriger Beschaltung
• Einander entsprechende Teile sind in den Fig. 1 bis 4 mit denselben Bezugszeichen versehen.
• In Fig. 1 ist ein Spulensystem 10 mit einem Verstärker 100, einer Spule 200 und Stromstellmitteln 300 gezeigt. Das Spulensystem 10 ist insbesondere ein Gradientenspulensystem eines nicht dargestellten Magnetresonanzgeräts. Der Spule 200, insbesondere eine Gradientenspule, wird mittels des Verstärkers 100 ein Strom I zugeführt. Letzterer setzt sich aus einem Sequenzstromanteil IS sowie einem Heizstromanteil IH zusammen, die durch Verstärkung aus zwei am Eingang des Verstärkers 100 anstehenden unverstärkten Stromanteilen IS' bzw. IH' hervorgehen.
• Der in Form eines zyklischen Sequenzsignals vorliegende und den gängigen Anforderungen eines Magnetresonanzgeräts entsprechende Sequenzstromanteil IS erzeugt beim Passieren der Spule 200 ein (Gradienten-)Feld.
• Die Abbildungsgenauigkeit des Magnetresonanzgeräts hängt im Wesentlichen von der Homogenität eines in Fig. 1 nicht gezeigten Grundmagnetfelds ab. Zur Kompensation einer Grundmagnetfeld-Inhomogenität sind verschiedene Verfahren bekannt. So kommt beispielsweise ein aktives oder ein passives Shim- System zum Einsatz. Ein aus einer Vielzahl von Shimeisenblechen 500 aufgebautes passives Shim-System ist dabei aus Gründen der einfacheren Realisierung einem aktiven Shim-System vorzuziehen. Ungünstig wirkt sich jedoch die Temperaturabhängigkeit der magnetischen Eigenschaft der Shimeisenbleche 500 aus, da je nach Temperatur der Shimeisenbleche 500 ein unterschiedlicher Kompensationsgrad erreicht wird.
• Um diesen nachteiligen Effekt zu vermeiden, ist bei dem Spulensystem 10 von Fig. 1 neben dem Sequenzstromanteil IS ein zusätzlicher Heizstromanteil IH vorgesehen. Dieser wird mittels der Stromstellmittel 300 so angepasst, dass eine von der Spule 200 abgegebene mittlere Wärmeleistung dQ/dt einen vorgegebenen Mindestwert annimmt und insbesondere auch während des gesamten Betriebs praktisch konstant bleibt. Die ungünstigen Temperaturschwankungen der Shimeisenbleche 500 werden bei einem herkömmlichen Spulensystem nämlich ganz wesentlich durch die variierende Wärmeabstrahlung der in unmittelbarer Nachbarschaft angeordneten Spule 200 bedingt. Der Sequenzstromanteil IS kann je nach Betriebszustand eine unterschiedliche Stromstärke aufweisen und ist außerdem durch mehr oder weniger lange Sequenzpausen gekennzeichnet. Deshalb ist auch die durch den Sequenzstromanteil IS verursachte Wärmeabgabe Schwankungen unterworfen.
• Der an den aktuellen Sequenzstromanteil IS angepasste Heizstromanteil IH bewirkt, dass die Shimeisenbleche 500 auf verglichen mit einem herkömmlichen Spulensystem im Mittel höhere, aber im wesentlichen konstante Temperaturen angehoben werden. Sobald der thermische Gleichgewichtszustand nach dem Einschalten des Magnetresonanzgeräts erreicht ist, wird die Inhomogenität des Grundmagnetfelds also sehr genau kompensiert.
• Die Stromstellmittel 300 arbeiten nach dem folgenden Prinzip. Liegt ein Stromsequenzanteil IS mit der maximal möglichen Leistung an, wird die Leistung des Heizstromanteils IH quasi auf Null eingestellt. Bei einem Sequenzstromanteil IS mit relativ niedriger mittlerer Leistung erzeugt der nachgeregelte Heizstromanteil IH die benötigte thermische Zusatzleistung in der Spule 200. Die Gefahr einer Überlastung besteht nicht, da die Summe der durch die beiden Stromanteile IS und IH bewirkten elektrischen Verlustleistungen in etwa gleich der durch den maximal zulässigen Stromsequenzanteil IS alleine verursachten Verlustleistung und im Übrigen auch kleiner als die höchste zulässige Dauerleistung der Spule 200 ist. Dank des Heizstromanteils IH stellt sich ein thermischer Gleichgewichtszustand insbesondere ohne thermisches Auf- und Abdriften ein. Die zur Kompensation eingesetzten Shimeisenbleche 500 brauchen dann lediglich für diesen thermisch eingeschwungenen Zustand ausgelegt zu werden.
• Die thermische Wirkung des Heizstromanteils IH in der Spule 200 ist aus den genannten Gründen erwünscht. Dagegen sollte eine felderzeugende Wirkung und damit eine Beeinflussung des mittels des Sequenzstromanteils IS erzeugten Gradientenfelds möglichst vermieden werden. Für die Bildgebung eines Magnetresonanzgeräts kommt es stets auf das Zeitintegral der Gradientenfeldstärke an. Deshalb ist es günstig, wenn der Heizstromanteil IH eine Signalform mit einem verschwindenden zeitlichen Mittelwert aufweist. Eine diesbezüglich beispielsweise geeignete Signalform ist ein sinusförmiges Wechselstromsignal.
• In Fig. 2 sind die Zeitverläufe des Sequenzstromanteils IH (zumindest schematisch) sowie zweier möglicher Heizstromanteile IH1 und IH2 dargestellt. Aufgetragen ist jeweils der Strom I über der Zeit t. Der Sequenzstromanteil IS ist ein geschaltetes Pulssignal mit einer Schalttaktdauer TS1, die sich aus einer Sequenzdauer TS2 und einer Sequenzpause TS3 zusammensetzt. Von Null verschiedene für die Felderzeugung relevante Werte nimmt der Sequenzstromanteil IS nur innerhalb der Sequenzdauer TS2 an. Eine Störbeeinflussungen durch den Heizstromanteil IH sollte deshalb insbesondere während der Sequenzdauer TS2 nicht auftreten.
• Der erste geeignete Heizstromanteil IH1 hat während der Sequenzdauer TS2 einen Mittelwert von Null. Das verwendete sinusförmige Signal ist dabei sowohl mit der Sequenzdauer TS2 als auch mit der Schalttaktdauer TS1 synchronisiert, so dass die genannte Bedingung eines verschwindenden Mittelwerts jeweils erfüllt ist. Eine Heizfrequenz f0 des ersten Heizstromanteils IH1 ist insbesondere so gewählt, dass die Sequenzdauer TS2 ein ganzzeitiges Vielfaches der Periodendauer TH des Heizstromanteils IH ist. Außerdem ist die Heizfrequenz f0 mindestens groß genug, um ein Wegmitteln des Heizstromanteils IH innerhalb der Sequenzdauer TS2 zu gewährleisten. Je nach Bedarf an thermischer Zusatzleistung kann die Amplitude des Heizstromanteils IH wie in Fig. 2 dargestellt während der Sequenzpause TS3 angehoben werden.
• Eine alternative Ausführungsform IH2 eines geeigneten Heizstromanteils hat während der Sequenzdauer TS2 einen Stromwert von Null. Dadurch wird automatisch jegliche Störbeeinflussung vermieden. Eine Heizbestromung ist bei dieser Ausführungsform nur während der Sequenzpause TS3 vorgesehen. Dies ist insbesondere dann möglich, wenn die thermische Zeitkonstante größer als die Schalttaktdauer TS1 ist. Während der Sequenzdauer TS2 kommt es in diesem Fall zu keinem nennenswerten Abkühlen, ehe die Heizbestromung in der Sequenzpause TS3 wieder einsetzt. Auch bei dieser Ausführungsform ist die mittlere, d. h. die über die Schalttaktdauer TS1 gemittelte, in der Spule 200 in Wärme umgesetzte Verlustleistung so bemessen, dass die Shimeisenbleche 500 keine nennenswerte Temperaturschwankung erfahren.
• In Fig. 3 ist ein konkretes Ausführungsbeispiel für die Stromstellmittel 300 angegeben. Sie umfassen eine Regelschleife 310 mit einem Wirkleistungssensor 303, mit einem Regler 301, mit einem Wichtungselement 302 sowie mit einem Summenelement 305. Der Wirkleistungssensor 303 erfasst die in der Spule 200 durch die beiden Stromanteile IS und IH hervorgerufene und in Wärme umgesetzte Verlustleistung. Der vom Wirkleistungssensor 203 ermittelte Wert wird in dem Regler 301 mit einem vorgegebenen konstanten Sollwert verglichen. Das Resultat dieses Vergleichs bestimmt die Wichtung eines AC-Signals 304 in dem Wichtungselement 302. Am Ausgang des Wichtungselements 302 liegt der unverstärkte Heizstromanteil IH' vor, der in dem Summenelement 305 dem unverstärkten Sequenzstromanteil IS' überlagert wird. Das so gebildete Summensignal wird nach der Verstärkung im Verstärker 100 in die Spule 200 eingespeist. Die Regelschleife 310 erfasst Änderungen des Sequenzstromanteils IS und regelt den Heizstromanteil IH solange nach, bis sich wieder der vorgegebene Wirkleistungswert einstellt.
• Anstelle des Wirkleistungssensors 303 kann auch mindestens ein Temperatursensor in der Nähe der in Fig. 3 nicht dargestellten Shimeisenbleche 500 angeordnet sein. Als Eingangsgröße des Reglers 301 dient dann nicht die Wirkleistung, sondern die Temperatur der Shimeisenbleche 500.
• Ein weiteres Spulensystem 20 ist in Fig. 4 dargestellt. Falls die im Zusammenhang mit den Fig. 1 und 2 beschriebene Unterdrückung der durch den Heizstromanteil IH bewirkten Felderzeugung nicht ausreichend sein sollte, kann als zusätzliche Maßnahme eine Zweiteilung des für die Wicklung einer Spule 201 verwendeten Leiters 210 vorgesehen werden. Der Leiter 210 ist üblicherweise als Seilleiter ausgebildet. Durch eine Aufteilung der Einzelstränge in zwei Hälften erhält man auf einfache Weise zwei Teilleiter 220 und 230, die an ihrem jeweiligen einen Ende 221 bzw. 231 elektrisch kurzgeschlossen und an Massepotential gelegt sind. Die einseitige Erdung der Spule 201 ist aber nicht zwingend. Eine Ausführungsform mit zweiseitig ungeerdeter Spule ist ebenfalls möglich.
• An ihrem jeweiligen zweiten Leiterende 222 bzw. 232 sind die beiden Teilleiter 220 und 230 an zwischen dem Verstärker 100 und der Spule 201 angeordnete Beschaltungsmittel 400 angeschlossen. Sie umfassen einen als Serienschwingkreis ausgebildeten Bandpass 410, eine als Parallelschwingkreis ausgebildete Bandsperre 420 sowie einen Differentialtransformator 430. Der Bandpass 410 und die Bandsperre 420 sind jeweils auf die Heizfrequenz f0 abgestimmt. In dem Teilzweig, der den Bandpass 410 beinhaltet, wird der Heizstromanteil IH geführt, in dem anderen die Bandsperre 420 umfassenden Teilzweig dagegen der Sequenzstromanteil IS.
• Beide Teilzweige sind so an den Differentialtransformator 430 angeschlossen, dass die Einspeisung des Sequenzstromanteils IS in die Spule 201 erfolgt, als ob die beiden Leiterenden 222 und 232 kurzgeschlossen wären, und die des Heizstromanteils IH, als ob die beiden Leiterenden 222 und 232 getrennt wären.
• Für den als erdsymmetrisches Signal der Heizfrequenz f0 ausgebildeten Heizstromanteil IH ergibt sich eine Zweileiter- Anordnung in bifilarer Ausführung. Es entsteht also eine bifilare Heizung. Diese unterdrückt zum einen eine unerwünschte Abstrahlung und ermöglicht zum anderen aufgrund der sehr geringen Eigeninduktivität auch das Einspeisen eines Signals mit einer relativ hohen Heizfrequenz f0. Bei einer bifilaren Anordnung der beiden Teilleiter 220 und 230, die eine sehr hohe Selbstabschirmung aufweist, kann der Heizstromanteil IH aber auch ein Gleichstromsignal sein.
• Für den Sequenzstromanteil IS ergibt sich keinerlei Unterschied verglichen mit einer reinen Einleiter-Anordnung, so dass es zur gewünschten Erzeugung des Gradientenfelds kommt. Signalanteile mit Frequenzen weitab von der Heizfrequenz f0, insbesondere also auch alle Frequenzanteile des Sequenzstromanteils IS, werden nämlich über die Bandsperre 420 an die nicht näher bezeichnete Mittelanzapfung des Differentialtransformators 430 geleitet. Der Strom teilt sich dann in gleiche Hälften auf, so dass sich die Flüsse im Differentialtransformator 430 kompensieren. Dadurch wird auch bei einem sehr hohen Sequenzstromanteil IS die Gefahr der Sättigung im Differentialtransformator 430 vermieden. Außerdem entsteht kein Spannungsabfall längs der Sekundärwicklungen des Differentialtransformators 430, so dass die beiden Leiterenden 222 und 232 das gleiche Potenzial wie die Mittelanzapfung aufweisen. Damit wird die Spule 201 so betrieben, als ob sie nur aus einem einzigen einheitlichen Leiter ausgebildet wäre.
• Anstelle der in Fig. 4 gezeigten Resonanzkreise 410 und 420 können auch andere frequenzselektive Komponenten zum Einsatz kommen. In jedem Fall ermöglichen diese Komponenten eine automatische und je nach Stromanteil unterschiedliche Betriebsweise der beiden Teilleiter 220 und 230. Dies ist insbesondere dauerhaft und vor allem ohne störenden Umschaltvorgang gewährleistet. Weiterhin kann auch der Differentialtransformator 430 selbst als Resonanzkreis ausgebildet sein.

Claims (16)

1. Spulensystem umfassend mindestens:

a) einen Verstärker (100),

b) eine mit dem Verstärker (100) elektrisch verbundene Spule (200) sowie

c) Stromstellmittel (300) zur Einstellung des vom Verstärker (100) der Spule (200) zugeführten Stromes (I), so dass in der Spule (200) zumindest im Mittel eine vorgegebene Verlustleistung in Wärme umgesetzt wird.

2. Spulensystem nach Anspruch 1, bei dem sich der der Spule (200) zugeführte Strom (I) aus einem Sequenzstromanteil (IS) und einem Heizstromanteil (IH) zusammensetzt.

3. Spulensystem nach Anspruch 2, bei dem der Heizstromanteil (IH) mittelwertfrei ist.

4. Spulensystem nach Anspruch 2 oder 3, bei dem eine Frequenz (f0) des Heizstromanteils (IH) und ein Schalttakt des Sequenzstromanteils (IS) synchron zueinander sind.

5. Spulensystem nach einem der Ansprüche 2 bis 4, bei dem das zeitliche Integral des Heizstromanteils (IH) über einer Sequenzdauer (TS2) des Sequenzstromanteils (IS) gleich Null ist.

6. Spulensystem nach einem der Ansprüche 2 bis 5, bei dem der Heizstromanteil (IH) nur während einer Sequenzpause (TS3) des Sequenzstromanteils (IS) von Null verschieden ist.

7. Spulensystem nach einem der Ansprüche 2 bis 6, bei dem die Stromstellmittel (300) zur variablen Anpassung der mittels des Heizstromanteils (IH) in der Spule (200) bewirkten Heizleistung an die mittels des Sequenzstromanteils (IS) in der Spule (200) bewirkten Heizleistung ausgelegt sind.

8. Spulensystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Spule (200) die z-Gradientenspule eines Magnetresonanzgeräts ist.

9. Spulensystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Stromstellmittel (300) Erfassungsmittel (303) zur Erfassung der von der Spule (200) abgegebenen Wärme umfassen.

10. Spulensystem nach Anspruch 9, bei dem die Erfassungsmittel einen Wirkleistungssensor (303) umfassen.

11. Spulensystem nach Anspruch 9 oder 10, bei dem die Erfassungsmittel einen Temperatursensor umfassen.

12. Spulensystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Stromstellmittel (300) eine Regelschleife (310) zur Stromregelung umfassen.

13. Spulensystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Spule (201) zwei Teilleiter (220, 230) umfasst.

14. Spulensystem nach Anspruch 13, bei dem die beiden Teilleiter (220, 230) bifilar angeordnet sind.

15. Spulensystem nach Anspruch 13 oder 14, bei dem die beiden Teilleiter (220, 230) an ihrem jeweiligen ersten Leiterende (221, 231) kurzgeschlossen sind.

16. Spulensystem nach einem der Ansprüche 13 bis 15, bei dem die beiden Teilleiter (220, 230) an ihrem jeweiligen zweiten Leiterende (222, 232) Beschaltungsmittel (400) zum kurzgeschlossenen oder getrennten Betrieb der zweiten Leiterenden (222, 232) aufweisen.