DE10253701B4

DE10253701B4 - Vergossene HF-Bauteile, vergossene Gradientenspule für Magnetic Resonance Imaging Scanner, mit Aktoren zur aktiven Lärmbekämpfung sowie Verfahren zu deren Herstellung und Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE10253701B4
Application number: DE10253701A
Authority: DE
Inventors: Johann Schuster; Stefan Stocker
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 2002-11-18
Filing date: 2002-11-18
Publication date: 2005-12-08
Anticipated expiration: 2022-11-19
Also published as: US7733087B2; GB2397133A; GB2397133B; DE10253701A1; GB0326617D0; US20040155658A1

Abstract

Vergossenes HF-Bauteil für Magnetic Resonance Imaging Scanner mit Aktoren zur aktiven Lärmbekämpfung, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktoren (10) in Form eines Aktormoduls (9) mit starr an beiden Enden des Aktors (10) befestigten Halteabschnitten (11, 12) an zwei beabstandeten in den Verguss (3) eingebetteten und mit jeweils einem Befestigungsabschnitt (4, 5) in eine Aussparung (6) im Verguss (3) einragenden Aktoraufnahmeelementen (1, 2) befestigt sind.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf vergossene HF-Bauteile, z.B. HF-Spulen, und Gradientenspulen für Magnetic Resonance Imaging Scanner, mit Aktoren zur aktiven Lärmbekämpfung sowie auf ein Verfahren zu deren Herstellung und auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Gradientenspulen in Magnetic Resonance Imaging Scannern erzeugen zeitlich und ihrer Amplitude variable Magnetfelder. Sie werden dabei innerhalb eines statischen Grundfeldes, d. h. in einem Grundfeldmagneten, betrieben. Hierbei wirken dynamische Lorentz-Kräfte auf die Gradientenspulenleiter, die deren Struktur zu Schwingungen anregen. Daraus resultiert eine starke Geräuschentwicklung beim Betrieb des Scanners.
Um die Lärmentwicklung bzw. die Schwingungsintensität einer Gradientenspule aktiv zu reduzieren, ist bereits vorgeschlagen worden, Aktoren (z. B. Piezokeramiken, magnetostriktive Aktoren od. dgl.) an geeigneten, eigenmodenspezifischen Stellen einzubauen, die im Betrieb eine Gegenkraft zur Lorentz-Kraft der Gradientenspule erzeugen. Eine Reduktion der Vibrationsamplituden um 30 dB ist dabei nach der Theorie durchaus realistisch.
Eine Realisierung dieser Maßnahme ist bisher noch nicht erfolgt, vermutlich wegen des schwierigen technischen Problems, geeignete Befestigungspunkte für die Aktoren zu schaffen, die eine Kraftübertragung von typischerweise um 10 kN pro Aktor auf die Gradientenstruktur ermöglichen. Diese Befestigungspunkte müssen in jedem Fall innerhalb der Harzmatrix der vakuumvergossenen Spule liegen, damit die Angriffspunkte der Aktoren zur Erzeugung einer Gegenkraft zur Lorentz-Kraft der Gradientenspule auch dort liegt, wo die zu bekämpfenden Schwingungen auftreten.

Aus der DE 44 32 747 A1 ist zwar bereits ein Kernspintomografiegerät mit Geräuschdämpfung durch eingebaute piezoelektrische Bauelemente beschrieben, wobei jedoch zum einen diese piezoelektrischen Bauelemente in der inneren Lage unmittelbar über einem Tragrohr angeordnet sind und darüber hinaus einfach in den Spulenverguss mit eingebettet sind. Dies hat zum einen den Nachteil, dass sie nicht am Ort der größten Lärmentstehung, nämlich am Außenumfang der Spule, angeordnet sind und zum anderen ergibt sich die Schwierigkeit, dass durch die starken Schrumpfprozesse des Gießmaterials die piezoelektrischen Bauelemente erheblichen Belastungen unterworfen sind, insbesondere dass sie nicht biege- und torsionsspannungsfrei eingebaut sein können.

Die DE 197 22 211 A1 sieht bei aktiv geschirmten Gradientenspulenanordnungen im Vergussmaterial Aussparungen zum Einbau von Shim-Elementen vor. Derartige Shim-Elemente sind jedoch mit Aktoren zur Lärmbekämpfung nicht vergleichbar, da sie nicht beidends starr in die Struktur eingebunden sein brauchen, da sie ja keine Kräfte übertragen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, vergossene HF-Bauteile, wie HF-Spulen, und Gradientenspulen der eingangs genannten Art so auszubilden, dass eine exakte Positionierung der Aktoren am Ort der Lärmentstehung möglich ist, wobei nach Möglichkeit die Aktoren und deren elektrische Anschlussleitungen austauschbar angeordnet sein sollten.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Aktoren in Form eines Aktormoduls mit starr an den beiden Enden des Aktors befestigten Halteabschnitten an zwei beabstandeten, in den Verguss eingebetteten und mit jeweils einem Befestigungsabschnitt in eine Aussparung im Verguss einragenden Aktoraufnahmeelementen befestigt, insbesondere angeschraubt, sind, wobei die Aktoraufnahmeelemente insbesondere gelochte Verankerungsplatten mit Gewindebohrungen in den vorzugsweise verdickten Befestigungsabschnitten sind.

Da die Schwingungsamplituden im Submillimeterbereich (typisch < 10 μm) liegen, muss die Anbindung zwischen Aktor und Aktoraufnahmeelementen spielfrei erfolgen. Biege- und Torsionsspannungen im Aktor wirken sich negativ auf die Funktion und Lebensdauer des Aktors aus. Daher besteht die technische Anforderung, die Krafteinleitungselemente genügend genau in der Spule zu positionieren, um einen Aktor nach Verguss frei von Biege- und Torsionsspannungen einbauen und die zu erzeugenden Gegenkräfte möglichst verlustfrei in die Spulenstruktur einleiten zu können. Um die Fertigung einfach und wirtschaftlich zu gestalten, ist dabei erfindungsgemäß vorgesehen, dass eine Kraftübertragung durch Haftreibung, d. h. geschraubte Verbindungsflächen zwischen Aktor und Aktoraufnahmeelementen realisiert ist.

Um diese Genauigkeit der Positionierung der Aktoraufnahmeelemente und des an ihnen zu befestigenden Aktormoduls zu erzielen, ist erfindungsgemäß ein Verfahren vorgesehen, bei dem die beiden Aktoraufnahmelemente an einer aus dem Verguss herausstehenden, im Wesentlichen der Grundfläche des Aktors entsprechenden, Einbaulehre befestigt und beim Vergießen des Bauteils in der vorbestimmten Einbaustellung gehaltert werden, derart, dass die Befestigungsflächen und Gewindebohrungen nicht von der Vergussmasse benetzt werden. Ein Benetzen würde die Funktion beeinträchtigen, sowohl hinsichtlich der geforderten verlustarmen und spielfreien Kraftübertragung, als auch der Anforderung die Aktoren biege- und torsionsspannungsarm einzubauen. Das nachträgliche Entfernen eines Vergussfilms auf den Kontaktflächen der Aktoraufnahmeelemente wäre sehr arbeitsintensiv, aufwändig und führt zu ungenügender Funktionssicherheit. Es ist daher von großer Wichtigkeit, ein Benetzen der Kontaktflächen mit Vergussmasse zu verhindern, was durch das erfindungsgemäße Verfahren mit einer Einbaulehre, die praktisch ähnlich ausgebildet ist, wie der später einzubauende Aktormodul, erzielt werden kann.

Beide Aktoraufnahmeelemente werden nach Verschrauben mit der Einbaulehre in Position gebracht, wobei in Weiterbildung der Erfindung vorgesehen sein kann, dass die Einbaulehre mit mehreren auf den Befestigungsabschnitten der Aktoraufnahmeelemente aufsitzenden Abstandsstiften versehen ist, die jeweils eine einen Befestigungsabschnitt abdeckende elastische Dichtungsplatte durchsetzen, deren Dicke etwas größer ist, als die Länge der Abstandsstifte. Beim Anschrauben der Einbaulehre an den Aktoraufnahmeelementen wird die Dichtungsplatte so weit zusammengedrückt, dass auf jeden Fall die Abstandsstifte zur Anlage kommen und auf diese Art und Weise die Kraftübertragungsflächen zueinander ausgerichtet werden. Der definierte Spalt zwischen den Flächen wird durch die Dichtungsplatte, vorzugsweise aus Silikon, mit einer Shore Härte von 40, Gummi oder dgl., vollständig ausgefüllt, so dass absolut sicher ist, dass sich auf den Befestigungsabschnitten keine Vergussmasse absetzen kann.

Um die Einbaulehre nach dem Aushärten des Vergusses und dem Lösen der Schrauben zu den Aktoraufnahmeelementen wieder abziehen zu können, kann in Ausgestaltung der Erfindung vorge sehen sein, dass die Einbaulehre mit Gewindesackbohrungen versehen ist, in die entsprechende Abzieh-Werkzeuge eingreifen können.

Gemäß einem weiteren Merkmal des erfindungsgemäßen Verfahrens kann vorgesehen sein, dass für die Einbaulehre eine die Befestigungsschrauben und die Gewindesackbohrungen überdeckende abnehmbare Schutzplatte zur Verfügung steht, die eine Benetzung ihrer Außenfläche speziell aber der Schrauben und auch der Gewindesackbohrungen zum Abziehen verhindert. Zur Befestigung dieser Schutzplatte können im einfachsten Fall Dichtnoppen dienen, die klemmend in die Gewindesackbohrungen eingreifen. Entsprechende Dichtnoppen können auch im Bereich der Schrauben vorgesehen sein, um die üblicherweise als Inbusschrauben ausgebildeten Betätigungsausnehmungen zu schützen.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:
1 eine Draufsicht auf eine Einbaustelle eines erfindungsgemäßen vergossenen HF-Bauteils mit eingesetztem Aktormodul,
2 einen Längsschnitt durch den Aktormodul in 1,
3 einen Längsschnitt durch die Anordnung nach 1 während des Einbaus der Aktoraufnahmeelemente mithilfe einer Einbaulehre,
4 einen Schnitt durch die Einbaulehre,
5 Aufsicht auf die Einbaulehre,
6 eine Aufsicht auf eine Dichtungsplatte,
7 eine Aufsicht auf die Schutzplatte für die Außenfläche der Einbaulehre,
8 ein vergrößerter Ausschnitt VIII aus 3 und
9 einen Schnitt durch die Schutzplatte.
Gemäß den 1 und 2 sind die Aktoraufnahmeelemente 1 und 2, die bevorzugt aus Stahl oder Messing bestehen, im dargestellten Ausführungsbeispiel gelochte Platten, die in die Vergussmasse 3 eingebettet sind, wobei am vorderen Ende dieser Platten verdickte Befestigungsabschnitte 4 und 5 vorgesehen sind, die teilweise in eine Aussparung 6 einragen. Auf die dort freiliegenden Kontaktflächen 7 und 8 der Befestigungsabschnitte ist ein Aktormodul 9 aufgeschraubt, der aus dem eigentlichen Aktor 10 und zwei starr mit einen Enden verbundenen Halteabschnitten 11 und 12 besteht.
Zur Positionierung und Einbringung der Aktoraufnahmeelemente 1 und 2 in die Vergussmasse 3 werden diese Aktoraufnahmeelemente zunächst, wie in 3 dargestellt, mit einer Einbaulehre 13 verschraubt, die im Bereich über den Kontaktflächen 7 und 8 der Befestigungsabschnitte 4 und 5 mit exakt bemessenen Abstandsstiften 14 und 15 versehen ist (siehe 4 und 5), die auf den Kontaktflächen 7 und 8 unter Bildung eines definierten Spalts aufsitzen, sobald die Einbaulehre 13 mithilfe von Schrauben mit den Aktoraufnahmeelementen 1 und 2 verschraubt worden ist. Zwischen den Bauteilen ist dabei eine in 6 in Aufsicht gezeigte Dichtungsplatte 16 angeordnet, die um wenige Zehntel Millimeter dicker ist als die Länge der Abstandsstifte 14, 15. Beim Anschrauben wird diese aus Silikon, Gummi od. dgl. bestehende Dichtungsplatte 16 zusammengedrückt, sodass die Stifte – wie in dem vergrößerten Ausschnitt VIII in 8 zu erkennen ist – in jedem Fall auf den Kontaktflächen 7 und 8 aufsitzen und eine exakte Ausrichtung der Aktoraufnahmeelemente 1, 2 gegeben ist. Die Befestigung der Einbaulehre mit den daran. angeschraubten Aktoraufnahme elementen kann gegebenenfalls an der äußeren Gießform stattfinden, wozu beispielsweise ein nicht gezeigter Bolzen an der Einbaulehre 13 vorgese hen sein kann. Bevorzugt wird man aber die Befestigung dadurch erzielen, dass man die Aktoraufnahmeelemente 1 und 2 an geeigneter Stelle an den Leitern der jeweiligen Spule oder an benachbarten Kühlschlangen befestigt, um auf diese Art und Weise die Zuordnung des Aktors speziell zur Leitergeometrie zu haben, die in der Praxis nicht immer ganz genau gleich ausfällt, so dass eine Ausrichtung durch Befestigung an der äußeren Form für den Verguss möglicherweise nicht die optimale Positionierung an einer eigenmodenspezifischen Stelle gewährleisten kann.
Die Einbaulehre 13 ist durch eine Schutzplatte 18 abgedeckt, die in 7 in Aufsicht und in 9 in einem vergrößerten Schnitt gezeigt ist. Diese ist mit ersten Dichtnoppen 19 versehen, die klemmend in Gewindesackbohrungen 20 der Einbaulehre 13 eingreifen, die zum Abziehen dieser Einbaulehre nach dem Aushärten des Vergusses 3 dienen. Weitere Dichtnoppen 21 greifen in die Inbusausnehmungen 22 der Schrauben 23, die die Einbaulehre 13 mit den Aktoraufnahmeelementen 1 und 2 verbinden. Auf diese Art und Weise ist verhindert, dass Vergussmasse in diese Inbusausnehmungen oder in die Gewindesackbohrungen eindringen kann, was ja die Funktionsweise stark beeinträchtigen würde. Die Schutzplatte 18 ist mit einem umlaufenden verdickten Rand 24 versehen, die einen Stabilitätsgewinn bewirkt. Sie stellt außerdem eine Trennkante zur Vergussoberfläche 25 dar, um die Abdeckung einfacher entformen zu können.
Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt. Ersichtlich könnten die Aktoraufnahmeelemente auch in anderer Weise geformt und ausgebildet sein. Gleiches gilt für die Form und Ausgestaltung der Einbaulehre 13, für die es lediglich darauf ankommt, dass sie den gesamten Raum für die Aufnahme des Aktormoduls 9 freihält und dabei auch sicherstellt, dass die Kontaktflächen 7 und 8 zur Schraubbefestigung des Aktormoduls an den Aktoraufnahmeelementen 1 und 2 von Vergussmasse freigehalten werden.

Claims

Vergossenes HF-Bauteil für Magnetic Resonance Imaging Scanner mit Aktoren zur aktiven Lärmbekämpfung, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktoren (10) in Form eines Aktormoduls (9) mit starr an beiden Enden des Aktors (10) befestigten Halteabschnitten (11, 12) an zwei beabstandeten in den Verguss (3) eingebetteten und mit jeweils einem Befestigungsabschnitt (4, 5) in eine Aussparung (6) im Verguss (3) einragenden Aktoraufnahmeelementen (1, 2) befestigt sind.
HF-Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktoraufnahmeelemente (1, 2) Verankerungsplatten mit Gewindebohrungen in den vorzugsweise verdickten Befestigungsabschnitten (4, 5) sind.
Vergossene Gradientenspule für Magnetic Resonance Imaging Scanner mit Aktoren zur aktiven Lärmbekämpfung, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktoren (10) in Form eines Aktormoduls (9) mit starr an beiden Enden des Aktors (10) befestigten Halteabschnitten (11, 12) an zwei beabstandeten in den Verguss (3) eingebetteten und mit jeweils einem Befestigungsabschnitt (4, 5) in eine Aussparung (6) im Verguss (3) einragenden Aktoraufnahmeelementen (1, 2) befestigt sind.
Gradientenspule nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktoraufnahmeelemente (1, 2) Verankerungsplatten mit Gewindebohrungen in den vorzugsweise verdickten Befestigungsabschnitten (4, 5) sind.
Verfahren zur Herstellung eines Bauteils nach einem der Ansprüche 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Aktoraufnahmeelemente (1, 2) an einer aus dem Verguss (3) herausstehenden, im Wesentlichen der Grundfläche des Aktors (16) entsprechenden, Einbaulehre (13) befestigt und beim Vergießen des Bauteils in der vorbestimmten Einbaustellung gehaltert werden, derart, dass die Befestigungsflächen und Gewindebohrungen nicht von der Vergussmasse benetzt werden.
Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Einbaulehre (13) mit mehreren, den Befestigungsabschnitten (4, 5) der Aktoraufnahmeelemente (1, 2) aufsitzenden Abstandsstiften (14, 15) versehen ist, die jeweils eine einen Befestigungsabschnitt (4, 5) abdeckende elastische Dichtungsplatte (16) durchsetzen, deren Dicke etwas größer ist, als die Länge der Abstandsstifte (14, 15).
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Einbaulehre (13) mit Gewindesackbohrungen (20) zum Abziehen aus dem Verguss (3) versehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, gekennzeichnet durch eine die Befestigungsschrauben und die Gewindesackbohrungen (20) überdeckende, abnehmbare Schutzplatte (18) für die Einbaulehre (13) zur Verhinderung einer Benetzung ihrer Außenfläche durch die Vergussmasse (3).
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzplatte (18) mit in die Gewindesackbohrungen (20) klemmend eingreifenden Dichtnoppen (19, 21) versehen ist.