DE60030144T2

DE60030144T2 - System für die mr-bildgebung mit verbessertem zugang

Info

Publication number: DE60030144T2
Application number: DE60030144T
Authority: DE
Inventors: Jan Marcel Oxford KRUIP
Original assignee: Siemens Magnet Technology Ltd
Current assignee: Siemens Magnet Technology Ltd
Priority date: 1999-10-26
Filing date: 2000-10-12
Publication date: 2007-07-19
Anticipated expiration: 2020-10-13
Also published as: JP2003517356A; EP1226448B1; US7167004B1; DE60030144D1; WO2001031358A1; JP3675761B2; GB9925171D0; GB2355799B; EP1226448A1; GB2355799A; ATE336728T1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Magneten mit verbessertem Zugang. Genauer betrifft die vorliegende Erfindung einen Magneten zur Verwendung in einem System für die Magnetresonanz-Bildgebung (Magnetresonanztomographie, MRT), welches einen verbesserten Zugang zu dem Patienten ermöglicht.
Ein Magnetfeld mit einem hohen Grad an Homogenität ist für die erfolgreiche Anwendung einer Anzahl von analytischen Verfahren, insbesondere der MRT, wesentlich. Diese Felder können durch eine Reihe von Geräten erzeugt werden, wie etwa Elektromagnete oder Permanentmagnete oder einer Kombination von beiden. Zusätzlich zu den oben erwähnten Magneten wird bekanntlich ferromagnetisches Material verwendet, um die Feldstärke zu erhöhen, die Feldhomogenität zu verbessern und magnetische Streufelder zu begrenzen.
Die meisten bekannten Magnete für die MRT bestehen aus einer Anordnung von koaxialen supraleitenden Spulen. Diese Spulen sind auf eine solche Weise angeordnet, dass die erforderliche Feldstärke und Homogenität erzielt werden. Der Patient wird innerhalb der Spulen positioniert, so dass sich die Achse Kopf-Fuß in einer Linie mit der Achse der Spulen befindet. 1 ist ein Beispiel für diesen Typ von MRT-Systemen, welcher in der Technik als die Magnetspulen-Konfiguration bekannt ist. In 1 ist ein Schnitt durch das MRT-System 10 vom Magnetspulen-Typ dargestellt, das ein Paar von Treiberspulen 12a, 12b umfasst, deren Funktion darin besteht, das primäre Magnetfeld B → entlang der Mittellinie Z des Systems zu erzeugen. Eine Vielzahl von Kompensationsspulen 13a, 13b, 13c, 13d wird verwendet, um die Homogenität des primären Magnetfeldes zu verbessern. Der Patient 15 ist entlang der Mittellinie Z des Systems positioniert.
Ein Nachteil der in 1 dargestellten Magnetspulen-Konfiguration ist, dass der Patient im Inneren eines Rohrs positioniert werden muss. Dies kann für den Patienten Stress verursachen und bewirken, dass er sich eingeschlossen fühlt. Ferner ist der Zugang zu dem Patienten, sobald er sich im Inneren des Rohres befindet, begrenzt.
Im Dokument US 5708362 wird ein MRT-System beschrieben, das eine Magnetanordnung zum Erzeugen eines stationären Magnetfeldes umfasst, wobei die Magnetanordnung eine erste und eine zweite Spulenanordnung umfasst, wobei jede Spulenanordnung mehrere Treiberspulen umfasst; wobei jede der Treiberspulen in der ersten Spulenanordnung mit einer entsprechenden Treiberspule in der zweiten Spulenanordnung ein jeweiliges Paar von Treiberspulen bildet, wobei jede Spule jedes Paares von Treiberspulen im Wesentlichen planar ist und im Wesentlichen von derselben Größe und Form ist wie die andere Spule des jeweiligen Paares,
wobei jede Spule jedes Paares von Treiberspulen so ausgeführt ist, dass sie das Fließen eines Stroms durch sie ermöglicht, wobei der Strom durch eine erste Treiberspule jedes Paares in einer entgegengesetzten Richtung fließt wie der Strom durch eine zweite Treiberspule des besagten Paares,
wodurch ein erster Abschnitt der ersten Treiberspule und ein entsprechender erster Abschnitt der zweiten Treiberspule ein primäres Magnetfeld erzeugen, und wobei ein zweiter Abschnitt der ersten Treiberspule und ein entsprechender zweiter Abschnitt der zweiten Treiberspule so ausgeführt sind, dass sie eine nach außen abschirmende Wirkung auf das Magnetfeld haben.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Magneten bereitzustellen, welcher ein Magnetfeld erzeugt, das für die Verwendung in einem MRT-System geeignet ist, und welcher einen verbesserten Zugang zu dem Patienten ermöglicht und welcher für den Patienten weniger Stress verursacht.
Gemäß der vorliegenden Erfindung werden Vorrichtungen bereitgestellt, wie sie in den beigefügten Patentansprüchen definiert sind.
Obwohl die hauptsächlichen Vorteile und Merkmale der Erfindung oben beschrieben wurden, werden ein besseres Verständnis und eine bessere Beurteilung der Erfindung durch das Studium der Zeichnungen und der ausführlichen Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform ermöglicht, die lediglich als Beispiel dargestellt wird, wobei:
2 ein Schnitt durch einen hypothetischen zweidimensionalen Magneten ist,
3 eine Seitenansicht eines Paares von Magnetspulenanordnungen mit verbessertem Zugang gemäß der vorliegenden Erfindung ist,
4 eine Draufsicht einer anderen Ausführungsform der in 3 dargestellten Magnetspulenanordnung mit verbessertem Zugang ist, und
5 ein MRT-System ist, das die in 3 dargestellten Magnetspulenanordnungen mit verbessertem Zugang enthält.
In 2 ist ein Schnitt durch einen hypothetischen zweidimensionalen Magneten 20 dargestellt, der Leiter 21a und 21b umfasst, welche symmetrisch bezüglich einer Bezugsebene X-Z angeordnet sind. Die Bezugsebene ist annähernd äquidistant zwischen den Leitern angeordnet. Theoretisch würden Leiter, welche unendlich lang sind, ein primäres Magnetfeld B → in einer Ebene erzeugen, welche der Bezugsebene entspricht und senkrecht zur Achse Kopf-Fuß des Patienten 15 ist.
Jedoch können Leiter mit einer endlichen Länge, die mit demselben vertikalen Abstand Y voneinander angeordnet sind, ein Magnetfeld mit derselben Bildgebungsqualität erzeugen, wie sie theoretisch mit den unendlich langen Leitern erreicht werden kann. Dies führt zu einem MRT-System mit einer erheblich verbesserten Offenheit.
Eine gute Näherung des idealen, unendlich langen zweidimensionalen Magneten, der in 2 dargestellt ist, kann erreicht werden, indem die Länge der Leiter beschnitten wird und ein Rückflussweg für die Ströme bereitgestellt wird, welcher im Wesentlichen von dem Bildgebungsbereich des Systems entfernt ist.
In 3 ist ein Paar von Magnetspulenanordnungen mit verbessertem Zugang 30a, 30b dargestellt. Jede Anordnung besteht aus drei Paaren von Racetrack-Spulen 31a und 31b, 32a und 32b und 33a und 33b. Der Begriff "Racetrack-Spule" ist in der Technik wohlbekannt und bezeichnet Spulen, welche sowohl bogenförmige als auch gerade Abschnitte enthalten und im Allgemeinen von rechteckiger oder ovaler Form sind. Jedoch könnten, wie für Fachleute leicht ersichtlich ist, auch Spulen von anderer Form verwendet werden. Ein Patient 15 ist zwischen dem Paar von Magnetspulenanordnungen 30a, 30b positioniert. Jede Racetrack-Spule 31a, 32a, 33a in der Magnetspulenanordnung 30a über dem Patienten ist mit einer Racetrack-Spule 31b, 32b, 33b in der Magnetspulenanordnung 30b unter dem Patienten gepaart. Die Spulen 31a, 32a, 33a haben im Wesentlichen dieselbe Größe und Form wie die Spulen 31b, 32b, 33b. Durch die Spulen 31a, 32a, 33a fließt ein Strom, dessen Richtung entgegengesetzt zu der eines Stromes ist, der durch die entsprechenden Spulen 31b, 32b, 33b fließt. So weist zum Beispiel die Racetrack-Spule 31a einen Strom auf, der in die durch den Pfeil 34a bezeichnete Richtung fließt, und die entsprechende Racetrack-Spule 31b weist einen Strom auf, der in die entgegengesetzte Richtung fließt, wie durch den Pfeil 34b angegeben ist. Jedes entsprechende Paar von Racetrack-Spulen 31a und 31b, 32a und 32b und 33a und 33b weist im Wesentlichen dieselbe Querschnittsfläche auf.
Jede Spule in einer Spulenanordnung weist einen sie durchfließenden Strom auf, dessen Richtung entgegengesetzt zu der des Stroms ist, der die ihr unmittelbar benachbarte Spule durchfließt. Zum Beispiel weist in der Spulenanordnung 30a die Spule 31a einen Strom auf, der sie in der entgegengesetzten Richtung durchfließt wie ein Strom, der durch die Spule 33a fließt. Die Spule 33a weist einen Strom auf, der sie in der entgegengesetzten Richtung durchfließt wie ein Strom, der durch die Spule 32a fließt. Die Richtung des Stromflusses in den Spulen 31a, 33a, 32a ist durch die Pfeile 34a, 36a bzw. 35a bezeichnet.
In ähnlicher Weise ist in der Spulenanordnung 30b die Richtung des Stroms, der durch die Spule 31b fließt, entgegengesetzt zu der des Stroms in der Spule 33b, welche entgegengesetzt zu der des Stroms in der Spule 32b ist. Die Richtung des Stromflusses in den Spulen 31b, 33b, 32b ist durch die Pfeile 34b, 36b bzw. 35b bezeichnet.
Die Spulenanordnungen 30a, 30b sind symmetrisch bezüglich einer Bezugsebene X-Z angeordnet. Die Bezugsebene befindet sich in einer annähernd äquidistanten Position zwischen den Spulenanordnungen. Die Spulenanordnungen erzeugen ein primäres Magnetfeld B → in dem Bereich zwischen den Spulenanordnungen. Das primäre Magnetfeld B → befindet sich in einer Ebene, die der Bezugsebene entspricht und senkrecht zur Achse Kopf-Fuß des Patienten 15 ist.
Die Spulenanordnungen erzeugen außerdem sekundäre Magnetfelder, welche ebenfalls parallel zur Bezugsebene sind und im Wesentlichen mit ihr übereinstimmen. Die sekundären Felder erfüllen die Funktion, die Inhomogenität in dem primären Magnetfeld B → zu kompensieren.
Es ist klar, dass in den Magnetspulenanordnungen weitere Spulenpaare enthalten sein können, welche die Homogenität des primären Magnetfeldes noch weiter verbessern würden.
Vorteilhafterweise erzeugt die in 3 dargestellte Konfiguration von Spulen ein stärkeres homogenes Magnetfeld entlang der Länge des Patienten 15, als es mit bekannten Systemen vom Magnetspulen-Typ möglich ist. Dies ermöglicht eine Bildgebung entlang einer größeren Länge des Patienten. zum Beispiel kann die gesamte Wirbelsäule des Patienten in einem einzigen Scan erfasst werden.
In 4 ist eine einzelne Magnetspulenanordnung 40a dargestellt, die primäre Racetrack-Spulen 41a, 42a, 43a und Kompensations-Racetrack-Spulen 44a, 45a, 46a umfasst. Die primären Treiberspulen erzeugen das primäre Magnetfeld sowie sekundäre Felder zum Kompensieren der Inhomogenität in dem primären Feld. Die Kompensationsspulen erzeugen weitere Felder, welche dazu dienen, die Homogenität des primären Magnetfeldes noch weiter zu verbessern. Der Bereich, in welchem das primäre Magnetfeld für eine Bildgebung geeignet ist, ist durch die Kugel 48 bezeichnet.
Die Magnetfelder, die durch den Zweig X₁ der jeweiligen Racetrack-Spule erzeugt werden, sind für die Bildgebungs-Kugel 48 von primärer Bedeutung. Die Rückflusswege der einzelnen Racetrack-Spulen, die Zweige X₂, haben eine nachteilige Auswirkung auf die Homogenität des primären Magnetfeldes und sind daher in einem möglichst großen Abstand von der Bildgebungs-Kugel angeordnet. Die Zweige Z₁ und Z₂ der einzelnen Racetrack-Spulen tragen nicht nennenswert zu dem primären Magnetfeld bei.
Wie für Fachleute leicht ersichtlich ist, wirkt sich der Abstand, in welchem sich die Zweige X₂ der Spulen von den Zweigen X₁ befinden können, auf die Gesamtgröße des MRT-Systems auf. Daher ist es wünschenswert, diesen Abstand möglichst klein zu halten, bei gleichzeitiger Aufrechterhaltung eines ausreichend homogenen primären Magnetfeldes. Bei einer anderen Ausführungsform befinden sich die Zweige X₂ jeder Spule in der oberen Spulenanordnung näher an den entsprechenden Zweigen X₂ in der unteren Spulenanordnung, als sich die Zweige X₁ der oberen und unteren Spulenanordnung aneinander befinden. Vorteilhafterweise wird hierdurch die Größe des MRT-Systems noch weiter verringert.
Ferner wirken sich der Durchmesser und die Form jeder Racetrack-Spule auf die Homogenität des primären Magnetfeldes aus und können somit variiert werden, um die optimale Konfiguration sicherzustellen.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die Racetrack-Spulen supraleitende Spulen und sind in einem Kryostat untergebracht.
5 zeigt ein MRT-System 50, das die in 3 dargestellten Racetrack-Magnetspulenanordnungen enthält. Das Paar von Magnetspulenanordnungen 30a, 30b ist innerhalb der Kryostatkonstruktion 52 angeordnet. Der Patient 15 ist im Inneren des MRT-Systems 50 positioniert. Das primäre Magnetfeld B → ist parallel zur Bezugsebene X-Z und stimmt im Wesentlichen mit ihr überein, und es ist senkrecht zur Achse Kopf-Fuß des Patienten.
Vorteilhafterweise ermöglicht das in 5 dargestellte MRT-System, dass der Patient innerhalb des Systems bequemer positioniert werden kann. Ferner wird der Zugang zu dem Patienten erheblich erleichtert, was die Möglichkeit bietet, verschiedene medizinische Prozeduren am Patienten durchzuführen, während er sich noch innerhalb des MRT-Systems befindet.
Wie aus 5 ersichtlich ist, sind drei Seiten des MRT-Systems offen. Dies verursacht weniger Stress für den Patienten in Anbetracht der Klaustrophobie hervorrufenden Natur bekannter Systeme von Magnetspulen-Typ.
Ferner bietet die in 5 dargestellte Anordnung die Möglichkeit, das Paar von Magnetspulenanordnungen 30a, 30b in der vertikalen Richtung Y näher beieinander anzuordnen. Je näher sich die Treiberspulen beieinander befinden, desto mehr können, wie in der Technik wohlbekannt ist, die Gesamtabmessungen der einzelnen Spulen und die Menge an Leitern, die zur Herstellung der Spule benötigt wird, verringert werden, ohne dass sich dies nachteilig auf die Homogenität des primären Magnetfeldes auswirkt. Jede Verringerung der Gesamtgröße der Spulen bewirkt auf vorteilhafte Weise eine Verringerung der Größe und der Kosten des MRT-Systems.
Wie für Fachleute leicht ersichtlich ist, können verschiedene Änderungen an der oben beschriebenen Ausführungsform vorgenommen werden, ohne den Schutzbereich der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Claims

MRT-System, das eine Magnetanordnung zum Erzeugen eines stationären Magnetfeldes umfasst, wobei die Magnetanordnung eine erste und eine zweite Spulenanordnung (30a, 30b) umfasst, wobei jede Spulenanordnung wenigstens eine Treiberspule (31a, 31b) umfasst; wobei jede der Treiberspulen (31a) in der ersten Spulenanordnung (30a) mit einer entsprechenden Treiberspule (31b) in der zweiten Spulenanordnung (30b) ein jeweiliges Paar von Treiberspulen bildet, wobei jede Spule jedes Paares von Treiberspulen im Wesentlichen planar ist und im Wesentlichen von derselben Größe und Form ist wie die andere Spule des jeweiligen Paares, wobei die besagten Treiberspulen parallel zueinander und zu einer Zwischen-Bezugsebene sind und annähernd äquidistant von und symmetrisch bezüglich der Zwischen-Bezugsebene angeordnet sind, wobei jede Spule jedes Paares von Treiberspulen so ausgeführt ist, dass sie das Fließen eines Stroms (34a, 34b) durch sie ermöglicht, wobei der Strom durch eine erste Treiberspule (31a) jedes Paares in einer entgegengesetzten Richtung fließt wie der Strom durch eine zweite Treiberspule (31b) des besagten Paares, wodurch ein erster Abschnitt (X₁) der ersten Treiberspule (31a) und ein entsprechender erster Abschnitt (X₁) der zweiten Treiberspule (31b) ein primäres Magnetfeld erzeugen, das sich innerhalb der Bezugsebene erstreckt, und wobei ein zweiter Abschnitt (X₂) der ersten Treiberspule (31a), der dem ersten Abschnitt (X₁) der ersten Treiberspule gegenüberliegt, und ein entsprechender zweiter Abschnitt (X₂) der zweiten Treiberspule (31b), der dem ersten Abschnitt (X₁) der zweiten Treiberspule gegenüberliegt, jeweilige Rückflusswege der ersten bzw. zweiten Treiberspule bilden und in einem ausreichenden Abstand von den ersten Abschnitten (X₁) der Treiberspulen angeordnet sind, so dass Magnetfelder, die von den zweiten Abschnitten (X₂) erzeugt werden, sich auf die Homogenität des primären Magnetfeldes, das von den ersten Abschnitten (X₁) erzeugt wird, nicht wesentlich nachteilig auswirken.
MRT-System, das eine Magnetanordnung zum Erzeugen eines stationären Magnetfeldes umfasst, wobei die Magnetanordnung eine erste und eine zweite Spulenanordnung (30a, 30b) umfasst, wobei jede Spulenanordnung wenigstens eine Treiberspule (31a, 31b) umfasst; wobei jede der Treiberspulen (31a) in der ersten Spulenanordnung (30a) mit einer entsprechenden Treiberspule (31b) in der zweiten Spulenanordnung (30b) ein jeweiliges Paar von Treiberspulen bildet, wobei jede Spule jedes Paares von Treiberspulen im Wesentlichen planar ist und im Wesentlichen von derselben Größe und Form ist wie die andere Spule des jeweiligen Paares, wobei die besagten Treiberspulen annähernd äquidistant von und symmetrisch bezüglich einer Zwischen-Bezugsebene angeordnet sind, wobei jede Spule jedes Paares von Treiberspulen eine Racetrack-Form ("Rennbahn-Form") hat und so ausgeführt ist, dass sie das Fließen eines Stroms (34a, 34b) durch sie ermöglicht, wobei der Strom durch eine erste Treiberspule (31a) jedes Paares in einer entgegengesetzten Richtung fließt wie der Strom durch eine zweite Treiberspule (31b) des besagten Paares, wodurch ein erster Abschnitt (X₁) der ersten Treiberspule (31a) und ein entsprechender erster Abschnitt (X₁) der zweiten Treiberspule (31b) ein primäres Magnetfeld erzeugen, das sich innerhalb der Bezugsebene erstreckt, und wobei ein zweiter Abschnitt (X₂) der ersten Treiberspule (31a), der dem ersten Abschnitt (X₁) der ersten Treiberspule gegenüberliegt, und ein entsprechender zweiter Abschnitt (X₂) der zweiten Treiberspule (31b), der dem ersten Abschnitt (X₁) der zweiten Treiberspule (31b) gegenüberliegt, jeweilige Rückflusswege der ersten bzw. zweiten Treiberspule bilden und in einem ausreichenden Abstand von den ersten Abschnitten (X₁) der Treiberspulen angeordnet sind, so dass Magnetfelder, die von den zweiten Abschnitten (X₂) erzeugt werden, sich auf die Homogenität des primären Magnetfeldes, das von den ersten Abschnitten (X₁) erzeugt wird, nicht wesentlich nachteilig auswirken, wobei sich die zweiten Abschnitte (X₂) der ersten und der zweiten Treiberspule näher beieinander befinden als die entsprechenden ersten Abschnitte (X₁).
MRT-System nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei die erste und zweite Spulenanordnung (30a, 30b) jeweils eine Vielzahl von Treiberspulen (31a, 32a, 33a; 31b, 32b, 33b) umfassen, wobei jede Treiberspule (31a) der ersten Spulenanordnung so ausgeführt ist, dass sie einen Strom in einer jeweiligen ersten Richtung (34a) führt, und jede jeweilige Treiberspule der zweiten Spulenanordnung (31b) so ausgeführt ist, dass sie einen Strom in einer jeweiligen zweiten Richtung (34b) führt, die zu der ersten Richtung entgegengesetzt ist; und wobei jede Treiberspule in jeder Spulenanordnung so ausgeführt ist, dass sie ihren Strom in einer jeweiligen Richtung führt, die entgegengesetzt zu der des Stroms in jeder benachbarten Treiberspule in der jeweiligen Spulenanordnung ist.
MRT-Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste und die zweite Spulenanordnung eine erste bzw. zweite Spule eines Paares von Kompensationsspulen (44a) umfassen, wobei jede Spule des besagten Paares von Kompensationsspulen parallel zu der anderen und zu einer zwischen-Bezugsebene ist und im Wesentlichen von derselben Größe und Form ist und äquidistant von und symmetrisch bezüglich der Zwischen-Bezugsebene angeordnet ist, und jeweils so ausgeführt ist, dass sie einen Stromfluss durch sie hindurch ermöglicht, wobei der Strom durch eine erste Kompensationsspule des besagten Paares in einer entgegengesetzten Richtung fließt wie der Strom durch eine zweite Kompensationsspule des besagten Paares, wodurch ein erster Abschnitt (X₁) der ersten Kompensationsspule (44a) und ein entsprechender erster Abschnitt (X₁) der zweiten Kompensationsspule ein Magnetfeld erzeugen, das sich innerhalb der Bezugsebene erstreckt, und wobei ein zweiter Abschnitt (X₂) der ersten Kompensationsspule, der dem ersten Abschnitt (X₁) der ersten Kompensationsspule gegenüberliegt, und ein entsprechender zweiter Abschnitt (X₂) der zweiten Kompensationsspule, der dem ersten Abschnitt (X₁) der zweiten Kompensationsspule gegenüberliegt, jeweilige Rückflusswege der ersten bzw. zweiten Kompensationsspule bilden und in einem ausreichenden Abstand von den ersten Abschnitten (X₁) der Kompensationsspulen angeordnet sind, so dass Magnetfelder, die von den zweiten Abschnitten (X₂) erzeugt werden, sich auf die Homogenität des primären Magnetfeldes nicht wesentlich nachteilig auswirken.
MRT-Vorrichtung nach Anspruch 1 oder einem von Anspruch 1 abhängigen Anspruch, wobei jede Spule des besagten Paares von Treiberspulen eine Racetrack-Form hat.
MRT-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 oder 5, wobei jede Spule des besagten Paares von Kompensationsspulen eine Racetrack-Form hat.
MRT-Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die besagten Treiberspulen und die besagten Kompensationsspulen supraleitende Spulen sind.
MRT-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, wobei die Spulenanordnung eine Vielzahl von Paaren solcher Kompensationsspulen umfasst.
MRT-System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das so ausgeführt ist, dass es über die Magnetanordnung ein stationäres Magnetfeld erzeugt.
Verwendung der MRT-Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, um ein stationäres Magnetfeld zu erzeugen.