DE69600899T2 - Verbesserungen an Magneten für die bildgebende magnetische Resonanz - Google Patents

Description

• Diese Erfindung bezieht sich auf ringförmige supraleitende Elektromagnete für den Einsatz in Magnetresonanzbilddarstellungs-Vorrichtungen.
• Derartige Elektromagneten enthalten ringförmige Wicklungen, die in flüssiges Helium getaucht werden, um die niedrigen Temperaturen zu erreichen, die für Supraleitung notwendig sind. Derartige ringförmige Elektromagnete gewähren einen zylinderförmigen Raum, in dem ein Patient gelagert ist, wobei der Raum ein vorbestimmtes, im wesentlichen kugelförmiges Volumen, das im weiteren als Bilddarstellungsvolumen bezeichnet wird, mit sehr homogenem Magnetfeld enthält, das durch Strom in den ringförmigen Wicklungen erzeugt wird.
• Eines der Probleme mit bekannten Anordnungen von Elektromagneten besteht darin, daß, um den gewünschten Grad an Magnetfeldhomogenität und Magnetfeldstärke im Bilddarstellungsvolumen zu erreichen, ringförmige Elektromagnete mit einer vergleichsweise großen axialen Länge notwendig sind. Eine Konsequenz davon ist, daß darin gelagerte Patienten dazu neigen, an Klaustrophobie zu leiden.
• Die WO-A-94/06034 offenbart einen Magnetresonanzbilddarstellungs-Magneten, der eine kegelstumpfförmige innere Bohrung besitzt. Diese Form erlaubt eine Patientenzugangsöffnung, die größer als die bei konventionellen zylinderförmigen Magneten ist. Der Magnet besitzt eine Vielzahl achsensymmetrischer Spulen verschiedener Durchmesser, die entlang einer Achse so angeordnet sind, daß der Durchmesser nach und nach ansteigt, um die kegelstumpfförmige Form zu bilden.
• Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, einen Elektromagneten bereitzustellen, der die Bereitstellung von Magnetresonanzbilddarstellungs-Vorrichtungen erleichtert, in denen die Neigung zur Ausbildung von Klaustrophobie verringert ist.
• Gemäß der vorliegenden Erfindung enthält ein supraleitender ringförmiger Elektromagnet für den Einsatz in der Magnetresonanzbilddarstellung eine ringförmige Wicklung, in der ein im wesentlichen zylinderförmiger Raum gebildet ist, und ist dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklung in der Nähe eines jeden Endes des Raumes mit einer Abschrägung geformt wird, um ein Aufweiten an jedem Ende des besagten Raumes zu erreichen.
• Durch die Bereitstellung eines Aufweitens an jedem Ende des Raumes, in dem der Patient gelagert ist, wird dem Patienten ein Eindruck einer reduzierten axialen Länge des Raumes vermittelt, woraus ein verringertes Gefühl eines Eingeschlossenseins folgt, das eine Klaustrophobie reduziert.
• Die Wicklung kann eine Vielzahl von ringförmigen Spulen enthalten, die symmetrisch entlang einer gemeinsamen Längsachse angeordnet sind, wobei die Spulen zwei gleiche ringförmige Endspulen enthalten, von denen jeweils eine an einem Ende des besagten Raumes positioniert ist, wobei die Endspulen jeweils mit einer Abschrägung geformt sind, um das Ausbilden des erwähnten Aufweitens zu erleichtern.
• Jede der Endspulen kann, ohne daß eine Wickelschablone erforderlich ist, dadurch hergestellt werden, daß sie auf einer geeignet geformten Spindel gewickelt wird, wobei dabei die Abschrägungen geformt werden, und daß sie danach mit einem geeignetem Imprägniermittel wie Epoxidharz getränkt wird, das so ausgehärtet wird, daß es fest ist, bevor die Endspule von der Spindel entfernt wird.
• Die Wicklung ist im Betrieb in einem Behälter enthalten, der mit flüssigem Helium gefüllt ist, wobei der Behälter in einer Vakuumkammer enthalten ist, wobei wenigstens ein Wärmeschild in der Kammer zwischen dem Behälter und einer Außenwand der Kammer positioniert ist.
• Der Magnet kann einen Teil einer Magnetresonanzbilddarstellungs-Vorrichtung bilden, der Gradientenspulen und HF- Spulen enthält, wie sie für die Bilddarstellung benötigt werden.
• Eine Ausführungsform der Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beispielhaft beschrieben, wobei
• Fig. 1 eine allgemein schematische Schnittansicht der Magnetresonanzbilddarstellungs-Vorrichtung mit einem ringförmigen supraleitenden Elektromagneten ist, und
• Fig. 2 eine schematische Seitenansicht ist, die detaillierter einen Teil der Vorrichtung aus Fig. 1 zeigt.
• Die Vorrichtung enthält Bezug nehmend auf Fig. 1 eine Wicklung eines Elektromagneten, die durch Spulen 1 bis 6 definiert ist, die in Reihe verbunden sind, um den Magnetisierungsstrom zu leiten. Die Spulen 1 bis 6 sind symmetrisch entlang einer vertikalen Mittelachse 7 und einer den Spulen 1 bis 6 gemeinsamen Längsachse 8 angeordnet. Um eine Abschirmung von dem magnetischen Feld zu erreichen, das entsteht, wenn die Spulen 1 bis 6 erregt werden, sind Abschirmspulen 9 und 10 vorgesehen, die mit den Spulen 1 bis 6 in Reihe geschaltet und so angeordnet sind, daß ein Feld erzeugt wird, das das Magnetfeld im wesentlichen auslöscht, das von den Spulen 1-6 außerhalb der Anordnung hervorgerufen wird. Der elektrische Anschluß der gerade beschriebenen Spulen wird auf bekannte Art und Weise über einen kleinen Serviceturm 11 erreicht, der so angeordnet ist, daß er mit dem Inneren eines Heliumbehälters 12, der eine Außenwand 13 besitzt, in Verbindung steht. Der Heliumbehälter 12 wird über den Serviceturm 11 mit flüssigem Helium gefüllt, wobei die darin enthaltenen Spulen 1 bis 6 und 9, 10 auf einer Temperatur von 4 K gehalten werden, die notwendig ist, um Supraleitung zu erzeugen. Um Wärmeanstieg des flüssigen Heliums zu verringern, ist der Behälter 12 in einer Vakuumkammer 14 enthalten, die eine Außenwand 15 besitzt. Zwischen der Außenwand 15 der Vakuumkammer und der Wand 13 des Heliumbehälters sind zwei Wärmeschilder 16 und 17 vorgesehen, die aus Aluminium hergestellt werden und die dazu dienen, einen Wärmeanstieg durch Strahlung zu reduzieren.
• Innerhalb der Vorrichtung ist ein zylindrischer Raum 18 enthalten, in welchem ein Patient 19 so gelagert ist, daß ein Teil des zu untersuchenden Patienten innerhalb des kugelförmigen Bilddarstellungsvolumens 20 liegt, in dem das magnetische Feld in hohem Maß homogen ist. Um die Magnetresonanzbilddarstellung zu ermöglichen, sind Gradientenspulen 21 und HF-Spulen 22 vorgesehen. Die Funktionsweise der Gradienten- und HF-Spulen wird von denen, die mit der Technik vertraut sind, gut verstanden; deshalb werden Einzelheiten des Bilddarstellungsverfahrens, die nicht im Mittelpunkt der vorliegenden Erfindung stehen, hier nicht beschrieben.
• Wie vorher beschrieben, ist eines der Probleme, das in Verbindung mit einer Magnetresonanzbilddarstellungs-Vorrichtung auftritt, daß, um einen wünschenswerten Grad an Linearität des Magnetfeldes innerhalb des Bilddarstellungsvolumens 20 zu erreichen, Magnete mit einer relativ großen axialen Länge in Längsrichtung notwendig sind, die dazu neigen, bei Patienten wegen des Grades an Eingeschlossensein Klaustrophobie zu verursachen. In der vorliegenden Anordnung sind, um die Möglichkeit von Klaustrophobie zu verringern, die Spulen 3 und 6, welche Endspulen bilden, so geformt, daß Abschrägungen 23 enthalten werden, und ebenso sind die Teile 24, 25, 26, 27 des Behälters 13, die Schilde 16 und 17 bzw. die Außenwand 15 der Vakuumkammer, die in der Nähe der Abschrägung 23 sind, in entsprechender Weise abgeschrägt, um ein Aufweiten an jedem Ende des Raumes 18 zu erreichen. Die Bereitstellung dieses Aufweitens liefert dem Patienten 19 ein Gefühl eines verringerten Eingeschlossenseins und verursacht dementsprechend eine verminderte Neigung zur Klaustrophobie. Verschiedene Modifikationen können an der gezeigten Anordnung vorgenommen werden; so können z. B. in einer alternativen Anordnung unterschiedliche Winkel und Formen der Abschrägung vorgesehen werden.
• Um die Spulen 3 und 6 herzustellen, können sie auf einer geeignet geformten Spindel gewickelt werden, wodurch die Abschrägungen 23 geformt werden, und sie können danach mit einem Epoxidharz getränkt werden, das so ausgehärtet wird, daß es fest ist, bevor die Endspule von der Spindel entfernt wird.
• Wie in Fig. 2 gezeigt ist, in der die Teile in Übereinstimmung mit Fig. 1 die identischen Bezugszeichen tragen, kann die Spule 3 mit einer Außenschicht 28 aus imprägnierten Glasperlen oder Glasfasern ausgestattet sein, in der eine Stufe 29 gebildet wird, die dazu dient, die Befestigung mit Hilfe L- förmiger Klammern 30 (von denen nur eine gezeigt ist) zu erleichtern, die mit Schraubbolzen an ihrer Position gehalten werden. Um die Spulen sicher zu befestigen, können eine einzige Klammer oder mehrere Klammern benutzt werden, wie in dieser Ausführungsform, bei der Klammern in gleichen Winkelabständen über die äußere zylinderförmige Oberfläche der Spule angeordnet sind und an der Stufe angreifen. Die Bolzen 31 sind so angeord net, daß sie durch eine unterstützende Aluminiumstruktur 32 gehen, an der die Spulen 1 bis 6 und 9, 10 befestigt sind. Mit dieser Art der Fixierung wird der Notwendigkeit einer Klammer vorgebeugt, die einen Endteil 33 der Spule 3 umschließt und so deren axiale Länge vergrößert. Dies ist besonders vorteilhaft, weil es die Verringerung der axialen Gesamtlänge des Magneten erleichtert, was wiederum die Herstellung einer Vorrichtung erleichtert, in der die Neigung von Patienten zu Klaustrophobie reduziert ist.

Claims (6)

1. Supraleitender, ringförmiger Elektromagnet für den Einsatz in der Magnetresonanzbilddarstellung mit ringförmigen Wicklungen (1-6), innerhalb derer ein im wesentlichen zylinderförmiger Raum (18) gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklung (3, 6) in der Nähe eines jeden Endes des Raumes mit einer Abschrägung (23) geformt ist, um ein Aufweiten an jedem Ende des besagten Raumes zu erreichen.

2. Elektromagnet nach Anspruch 1, wobei die Wicklung eine Vielzahl von ringförmigen Spulen (1-6) enthält, die symmetrisch entlang einer gemeinsamen Längsachse (8) angeordnet sind und zwei gleiche ringförmige Endspulen (3, 6) enthalten, von denen jeweils eine an einem Ende des besagten Raumes positioniert ist, wobei die Endspulen jeweils mit einer Abschrägung (23) geformt sind, um das Ausbilden des erwähnten Aufweitens zu erleichtern.

3. Elektromagnet nach Anspruch 2, wobei jede der Endspulen (3, 6), ohne daß eine Wickelschablone erforderlich ist, dadurch hergestellt wird, daß sie auf einer geeignet geformten Spindel gewickelt wird, wobei dabei die Abschrägungen geformt werden, und daß sie danach mit einem Imprägniermittel getränkt wird, das fest wird, bevor die Endspule von der Spindel genommen wird.

4. Elektromagnet nach Anspruch 3, wobei das Imprägniermittel ein Epoxidharz ist, das so aushärtet, daß es fest wird, bevor die Endspule von der Spindel entfernt wird.

5. Elektromagnet nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Wicklung im Betrieb in einem Behälter (12) enthalten ist, der mit flüssigem Helium gefüllt ist, wobei der Behälter in einer Vakuumkammer (14) enthalten ist, wobei wenigstens ein Wärmeschild (16, 17) in der Kammer zwischen dem Behälter und einer Außenwand (15) der Kammer positioniert ist.

6. Magnetresonanzbilddarstellungs-Vorrichtung, mit einem Elektromagneten nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei der Magnet einen Teil der erwähnten Magnetresonanzbilddarstellungs-Vorrichtung bildet, wobei die Vorrichtung Gradientenspulen und HF-Spulen, wie sie für die Bilddarstellung benötigt werden, enthält.