DE69836293T2

DE69836293T2 - Magnetstruktur für einen Kernspinresonanztomographen

Info

Publication number: DE69836293T2
Application number: DE69836293T
Authority: DE
Inventors: Alessandro Carrozzi; Alessandro Trequattrini; Gianluca Coscia
Original assignee: Esaote SpA
Current assignee: Esaote SpA
Priority date: 1997-04-29
Filing date: 1998-04-20
Publication date: 2007-05-31
Anticipated expiration: 2018-04-21
Also published as: EP0875768A2; EP0875768B1; DE69836293D1; EP0875768A3; ITSV970024A1; ITSV970024A0; ES2275291T3; IT1294051B1; US6130538A

Description

Die Erfindung betrifft eine Magnetstruktur zur Erzeugung von magnetischen Feldern, die zur Erfassung von Kernspinresonanzbildern verwendet werden, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Nach dem Stand der Technik bekannte Magnetstrukturen können im Wesentlichen von zwei Arten sein, d.h. Magnetstrukturen, welche Permanentmagneten verwenden, und Magnetstrukturen, die Elektromagnete entweder vom Widerstandstyp oder vom supraleitenden Typ verwenden. Diese Strukturen werden beide für die Erfassung von Gesamtkörperbildern verwendet, bei welchen der untersuchte Körper im Wesentlichen vollständig in die Magnetstruktur eingeführt wird, sowie für die Erfassung spezieller Zielzonen, wie beispielsweise spezielle Glieder oder dergleichen.
Um gültige Bilder durch Verwendung von Kernspinresonanz zu erhalten, muss das magnetische Feld bestimmte Eigenschaften aufweisen, nämlich hinsichtlich der Intensität und der homogenen Verteilung und mindestens bezüglich des Volumens, welches den Körper oder den zu untersuchenden Teil desselben aufnehmen soll. Falls innerhalb festgelegter Toleranzen keine homogene Verteilung erreicht wird, ist das durch Kernspinechos erhaltene Bild nicht verwendbar, da es nicht genau den tatsächlichen Zuständen entspricht.
Um magnetische Felder zu erzeugen, welche die für das Erhalten gültiger, d.h. verwendbarer Kernspinresonanzbilder erforderlichen Eigenschaften aufweisen, weisen die magnetischen Strukturen nach dem Stand der Technik eine erhebliche Größe auf. Folglich sind diese Strukturen schwer, umständlich zu handhaben und teuer und dies nicht nur für sich selbst genommen, sondern gleichzeitig aufgrund der Konsequenzen für die Gesamtstruktur der Vorrichtung.
Dieser Nachteil ist merklich größer im Falle von magnetischen Strukturen für die Untersuchung spezieller Teile oder Zonen des Körpers, welche eine bessere Handhabbarkeit und gleichzeitig niedrigere Kosten erfordern.
Ferner sind zur Zeit magnetische Strukturen vom sogenannten offenen Typ bekannt, welche Öffnungen für den Zugang zu dem für die Aufnahme des Körpers oder des zu untersuchenden Teils desselben gedachten Volumens mindestens auf drei Seiten aufweisen und im Wesentlichen C- oder U-förmige Formen haben. Obwohl diese bekannten Strukturen einen leichteren Zugang ermöglichen, lösen sie nicht die hinsichtlich Handhabbarkeit und Raumbedarf bestehenden Probleme. Um die gewünschten und notwendigen Eigenschaften des magnetischen Felds zu erzielen, müssen die magnetischen Strukturen eine enorme Größe aufweisen, so dass die Verzerrungsbereiche des Feldes längs der offenen Seiten soweit wie möglich entfernt gehalten werden können, während die möglichen Mittel zum Kompensieren von Verzerrungen im Wesentlichen vom passiven Typ sind und nicht ausreichen, um eine Verkleinerung der Struktur hinsichtlich deren Dimensionen zu erlauben.
Das Dokument US 5,378,988 beschreibt ein MRI-System mit einem offen zugänglichen Magneten hoher Feldstärke mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Das MRI-System weist eine Magnetkonfiguration auf, welche einem Chirurgen oder anderem Personal einen Zugang zur Durchführung von Prozeduren unter Unterstützung eines Echtzeit-MRI-Bildes erlaubt. Das Magnetsystem verwendet eine Vielzahl C-förmiger Magnetspulen, welche orientiert sind, um ein Abbildungsvolumen in einem Zentralbereich der Magnete zu bilden, so dass der Magnetfluss von jedem Magneten zu dem magnetischen Feld in dem Abbildungsvolumen beiträgt. Diese Konfiguration gewährleistet ein starkes Feld in dem Abbildungsvolumen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Magnetstruktur der oben beschriebenen Art in einer derartigen Weise durch einfache und kostengünstige Mittel zu schaffen, bei welcher die oben genannten Nachteile vermieden werden können, indem die Größe und die Kosten der Magnetstrukturen verringert werden, wäh rend gleichzeitig die gleiche Qualität des erfassten Bildes und die gleiche Funktionalität erreicht wird.
Ferner ist es Gegenstand der Erfindung, eine Magnetstruktur der oben beschriebenen Art zu schaffen, welche insbesondere kompakt ist, so dass sie nicht bezüglich der Größe des untersuchten Teiles unproportional ist, wobei das Ganze in vergleichsweise einfacher, kostengünstiger und zuverlässiger Art bezüglich der Funktionalität erreicht werden soll.
Die oben genannten Ziele werden erfindungsgemäß durch eine Magnetstruktur gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 erreicht, welche ferner die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebene Merkmalskombination enthält.
Die Ansprüche 2 und 3 gewährleisten weitere Verbesserungen der Magnetstruktur gemäß Anspruch 1.
Gemäß weiteren Merkmalen der Erfindung definiert mindestens eines von den beiden Paaren von Polstücken auf einander gegenüberliegenden Seiten das Volumen innerhalb des Hohlraums, welches den untersuchten Körper oder Teil desselben aufnehmen soll.
Bevorzugt weist die Magnetstruktur drei offene Seiten auf, während das Paar von Polstücken, welches auf einander gegenüberliegenden Seiten das Volumen innerhalb des Hohlraums definiert, welches den untersuchten Körper oder Teil desselben aufnehmen soll, dasjenige in der längsten Entfernung von mindestens einer der offenen Seiten ist.
Bevorzugt sind die Polstücke jedes Paares koaxial zueinander angeordnet.
Ferner kann vorgesehen sein, dass die beiden Polstücke der Paare auf einander gegenüberliegenden Seiten durch mindestens eine gemeinsame Feldspule umgeben sind, wobei für jedes Polstück oder nur für eines derselben eine weitere separate Spule vorgesehen ist.
Ferner können eine größere Anzahl von Polstückpaaren mit unterschiedlichen Anordnungen der damit verbundenen magnetischen Feldspulen sowohl gemeinsam als auch getrennt vorgesehen sein. In diesem Falle sind die Polstückpaare bevorzugt symmetrisch zueinander angeordnet.
In vorteilhafter Weise weisen sowohl das Joch als auch der Hohlraum eine symmetrische Form bezüglich mindestens einer Achse auf.
Das Joch kann insbesondere eine ringförmige geschlossene Form aufweisen, welche quer zur Achse lediglich an zwei entgegengesetzten Seiten offen ist. Das Joch kann eine offene ringförmige Gestalt aufweisen oder einfach ein Verbindungselement von Polstücken sein, welche mit ihren einander gegenüberliegenden Seiten einen Hohlraum, d.h. ein vorbestimmtes Volumen lediglich an zwei einander gegenüberliegenden Seiten begrenzen.
Insbesondere wenn das Joch eine offene ringförmige Form aufweist, können die Polstückpaare bezüglich der Richtung von der geschlossenen zur offenen Seite hin Seite an Seite angeordnet sein.
Im letzteren Falle jedoch, in welchem der Hohlraum im Wesentlichen lediglich durch die beiden einander gegenüberliegenden Seiten der einander gegenüberliegenden Oberflächen der Polstücke begrenzt sind, sind die verschiedenen Polstückpaare konzentrisch angeordnet, wobei die äußeren Polstücke ringförmig sind. Insbesondere weisen in diesem Falle die Polstückpaare kreisförmige, d.h. entweder ringförmige oder für das innere Paar zylindrische Formen auf.
Ferner können die einander gegenüberliegenden Oberflächen der Polstückpaare parallel verlaufen oder so orientiert sein, dass sie divergieren, oder konvergieren und können im Wesentlichen eben oder mit vorbestimmten identischen Profilen komplementär oder unterschiedlich zueinander geformt sein.
Die Anordnung der Feldspulen kann sich ebenfalls ändern. Die den einander gegenüberliegenden Polstücken der verschiedenen Paare zugehörigen Spulen können mit ihren Achsen parallel oder zusammenfallend ausgerichtet sein oder die Achsen können in einem derartigen Maße geneigt sein, dass die Spulen bezüglich bestimmter Achsen divergierende oder konvergierende Stellungen einnehmen.
Dank der oben genannten Mittel ermöglicht es die Erfindung, magnetische Felder zu erzielen, die die notwendigen Eigenschaften bezüglich der Feldintensität und Homogenität aufweisen, indem elektromagnetische Spulen zur Erzeugung der Felder verwendet werden, wobei gleichzeitig magnetische Strukturen mit Hohlräumen mit mehreren offenen Seiten möglich werden, um die unterschiedlichsten morphologischen Bedürfnisse der Körper und Teile derselben zu erfüllen, für welche sie konstruiert sind.
Die magnetische Feldstärke kann entsprechend dem in den Erzeugerspulen fließenden Strom eingestellt werden. Das Vorsehen verschiedener Spulen, die den verschiedenen Paaren von Polstücken zugeordnet sind, ermöglicht es, das Verhalten des magnetischen Feldes in dem Raum innerhalb des Hohlraumes zu ändern, um dadurch Verwerfungen und Abweichungen von den Konstruktionswerten auszugleichen, welche durch magnetische Strukturen, die Hohlräume mit komplexen Gestaltungen aufweisen, und magnetische Strukturen mit verschiedenen offenen Seiten hervorgerufen werden.
Durch das Vorsehen getrennter Feldspulen für jedes Polstück oder für zumindest einige der Polstücke ist es zusätzlich zur Verstellung der Feldstärke entsprechend der Energiezufuhr und der Änderung der Feldverteilung durch die jeweilige Form und Anordnung der Polstücke gleichzeitig möglich, die Verhältnisse zwischen den magnetischen Potentialen in den verschiedenen Polen zu ändern, um dadurch weiter die räumliche Verteilung des Feldes zu ändern. Folglich ermöglicht es die Erfindung, die möglichen unterschiedlichen Formen von Hohlräumen, die der Morphologie der darin aufzunehmenden Körper oder Teile derselben entsprechen, mit den Anforderungen der magnetischen Feldstärke und Homogenität in dem Volumen zu harmonisieren, welches den zu untersuchenden Körper oder Teile desselben aufnehmen soll, und zwar in der erforderlichen Weise, um gültige Kernspinresonanzbilder zu erhalten.
Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Erfassung von Kernspinresonanzbildern desjenigen Typs, der für die Schulter des menschlichen Körpers konstruiert ist, wobei die Maschine eine magnetische Struktur mit drei offenen Seiten und die oben beschriebenen Eigenschaften aufweist.
Dank der Merkmale der Erfindung kann eine magnetische Struktur erheblich verringerter Größe zur Erfassung von Kernspinresonanzbildern in der Schulterzone geschaffen werden, so dass die erheblichen Nachteile von Maschinen nach dem Stand der Technik für denselben Zweck vermieden werden, welche eine tatsächlich zu große Abmessung bezüglich des zu untersuchenden Teils aufweisen. Eine derartige enorme Größe beeinflusst nicht nur die Kosten des Kaufes, sondern ebenfalls die Kosten des Einbaus der Maschine.
Die Erfindung betrifft ferner andere Eigenschaften, welche Gegenstand der Unteransprüche sind.
Die kennzeichnenden Eigenschaften der Erfindung und der dadurch erzielten Vorteile ergeben sich deutlicher aus der folgenden Beschreibung einiger Ausführungsformen und den beiliegenden Zeichnungen. In den Zeichnungen zeigt:
1 eine skizzenhafte Querschnittsansicht einer magnetischen Struktur nach der Erfindung mit einem ringförmig gestalteten Joch;
2 eine skizzenhafte perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen magnetischen Struktur, deren Hohlraum lediglich durch Paare einander gegenüberliegender koaxialer Polstücke gebildet ist;
3 eine axiale Schnittansicht des Bereichs, der die einander gegenüberliegenden Polstücke gemäß 2 einschließt;
4 eine skizzenhafte Querschnittsansicht einer magnetischen Struktur mit einem offenen, ringförmig gestalteten Joch;
5 eine bevorzugte Ausführungsform einer magnetischen Struktur mit einem U-förmigen Joch für eine Vorrichtung, welche insbesondere für die Erfassung von Kernspinresonanzbildern in der Schulterzone des menschlichen Körpers geeignet ist;
6, 7, 8 im verkleinerten Maßstab den magnetischen Aufbau gemäß 5 in Seitenansicht, Vorderansicht bzw. Draufsicht, und
9 eine perspektivische Ansicht des Jochs und der Polstücke des magnetischen Aufbaus gemäß 5 bis 8.
Unter Bezugnahme auf 1 weist eine erste Ausführungsform des magnetischen Aufbaus nach der Erfindung ein Metallelement zum Schließen des magnetischen Flusses, das sogenannte Joch, auf, welches eine ringförmige, in sich selbst geschlossene Gestalt aufweist und allgemein mit 1 bezeichnet ist.
Das Joch 1 begrenzt einen Hohlraum 2. Die Form des Jochs 1 und des Hohlraums 2 ist bezüglich der beiden Quer- und Senkrechtachsen vorzugsweise symmetrisch, während in Richtung der Achse das ringförmige Joch 1 eine bestimmte Länge aufweist und an seinen beiden Enden offen ist.
Drei einander gegenüberliegende Paare von Polstücken 101, 201, 301 stehen aus den Innenwandungen des Jochs 1 vor. Die Polstücke jedes Paares sind zueinander koaxial und enden mit ihren einander gegenüberliegenden Flächen um ein bestimmtes Maß im Abstand und begrenzen so einen sogenannten Magnetspalt T1, T2, T3.
Die Paare von Polstücken 101, 201, 301 sind in einem bestimmten Abstand voneinander Seite an Seite angeordnet. Bevorzugt ist ihre Anordnung bezüglich der Senkrecht- und Querachse des Jochs 1 symmetrisch.
Insbesondere ist das mit 101 bezeichnete erste Paar von Polstücken im Mittelbereich angeordnet, während auf den beiden Seiten die beiden anderen Paare von Polstücken 201, 301 vorgesehen sind.
Jedes Polstück ist durch ihre magnetische Feldspule umgeben, wobei die Spulen mit 3 bzw. 3' bezeichnet sind.
Die Anordnung und Verteilung der Spulen 3, 3' wird durch die gewünschten Eigenschaften des magnetischen Feldes in einem Bereich des Hohlraums 2 bestimmt, welcher den zu untersuchenden Teil aufnehmen soll.
Insbesondere ist diese relevante Zone allgemein mit 102 bezeichnet und ist in der Zone angeordnet, die durch den Magnetspalt T1 begrenzt wird.
Die Spulen 3, 3' können entweder vom Widerstandstyp, möglicherweise zweckdienlich gekühlt, oder vom superleitenden Typ sein, wobei die zweckdienlichen Mittel zu deren Kühlung auf die erforderlichen Temperaturen zur Erzielung der Eigenschaften vorgesehen sind, was vom für die Herstellung der Spulen verwendeten Material abhängt.
Die Spulen 3', die mit den Polstücken 201, 301 der beiden seitlichen Paare verbunden sind, haben im Wesentlichen die Funktion, das durch die mit den Polstücken 101 verbundenen Spulen 3 erzeugte magnetische Feld in dem Volumen 102, welches den Körper oder den Teil desselben aufnehmen soll und welches für die Bilderfassung relevant ist, in einer derartigen Weise zu korrigieren, dass das magnetische Feld in dem Bereich 102 ausreichende Eigenschaften bezüglich der Intensität und Homogenität seiner räumlichen Verteilung aufweist, was gewährleisten kann, dass die Kernspins in dem untersuchten Bereich kodiert sind, um dadurch Echos der Kernspins zu erhalten, welche ausreichend genaue, d.h. zweckdienliche und gültige Kernspinresonanzbilder liefern.
Wie in 1 gezeigt, können sowohl die Polstücke 101, 201, 301 als auch die Spulen 3, 3' derartige Formen, Abmessungen und Anordnungen haben, um die beiden Parameter der Intensität und der homogenen Verteilung zu optimieren, welche erforderlich sind, um gültige Bilder zu erfassen, kombiniert mit einer erheblichen Anpassung an die Morphologie der zu untersuchenden Körper.
Dies ermöglicht es, dass der magnetische Aufbau erheblich kompakter gestaltet wird, um damit im Wesentlichen den hauptsächlichen morphologischen Eigenschaften der untersuchten Körper oder Teile desselben, welche in den Hohlraum 2 und insbesondere den Bereich 102 desselben eingeführt werden sollen, zu folgen. Die Vorteile dieser Anordnung sind erheblich, insbesondere wenn diese Bilderfassungstechnik bei Körpern, wie menschlichen, tierischen oder pflanzlichen Wesen angewendet werden sollen, bei denen der zu untersuchende Teil nicht vom Rest des Körpers getrennt werden kann.
Wie beispielsweise offensichtlich in 1 gezeigt, wird dieses Ergebnis in diesem Falle dadurch erreicht, dass zwei in den Abmessungen unterschiedliche seitliche Polstücke 201, 301 vorgesehen werden.
Somit ist der magnetische Aufbau mit einem Hohlraum versehen, welcher der Morphologie Rechnung trägt, bei welcher beispielsweise der untersuchte Körper eine größere Ausdehnung in einer oder beiden Zonen hat, die mit den seitlichen Enden des Hohlraums 2 verbunden sind, obwohl diese Zonen nicht gescannt werden sollen, um das Kernspinresonanzbild zu erhalten.
Da das Profil des magnetischen Aufbaus, d.h. des Hohlraums 2, im Wesentlichen dem Körperprofil entsprechend hergestellt werden kann, dessen Teile, die mit dem Bereich 102 zusammenfallen, gescannt werden sollen, kann der magnetische Aufbau eine sehr viel kompaktere Form aufweisen, was offensichtliche Vorteile sowohl bezüglich der Konstruktion als auch bezüglich der Kosten bietet.
Um das magnetische Feld in dem relevanten Bereich 102 zu optimieren, kann dessen Feldstärke nicht lediglich dadurch eingestellt werden, dass der Hohlraum und folglich die Polstücke 101, 201, 301 angepasst werden, sondern ebenfalls durch Steuerung der in den Spulen 3, 3' fließenden Ströme.
Die Ströme und die Größe und Anordnung der Polstücke 101, 201, 301 kann zur Optimierung der Eigenschaften des magnetischen Feldes festgelegt werden, indem die normalen Gesetze des Elektromagnetismus angewandt werden, um dadurch die gewünschten Feldeigenschaften in dem Volumen oder dem vorbestimm ten Bereich 102 zu erhalten. In diesem Falle müssen diese Gesetze auf den jeweiligen Aufbau angewandt und die entsprechenden Gleichungen gelöst werden.
Die 2 und 3 zeigen einen weiteren magnetischen Aufbau, welcher das Prinzip der vorliegenden Erfindung verwirklicht.
In diesem Falle weist der magnetische Aufbau ein C-förmiges Joch 1 auf, welches zwei Paare konzentrischer Polstücke verbindet.
Der Hohlraum 2', der rotationssymmetrisch ist, ist auf sämtlichen Wandungen parallel zur Achse der Polstücke offen. Die zwei Paare von Polstücken 101' und 201' sind konzentrisch angeordnet, wobei das äußere Polstück 201' eine ringförmige Gestalt aufweist und im Wesentlichen konstruiert ist, um die räumliche Verteilung des magnetischen Feldes in dem Volumenbereich 102' zwischen den beiden Polstücken 101' des zentralen Paars zu korrigieren. Diese Polstücke 101' haben einander gegenüberliegende kreisförmige Oberflächen, die konzentrisch zu den äußeren ringförmigen Polstücken 201' liegen.
Die Endoberflächen der einander gegenüberliegenden Seiten der beiden Paare von Polstücken 101' und 201' sind im Wesentlichen eben und können sich in Abhängigkeit von unterschiedlichen Anforderungen entweder miteinander fluchtend oder in unterschiedlichen Ebenen erstrecken.
Bei dieser Anordnung sind die beiden Spulen 3, 3', welche die Polstücke 101', 201' umgeben, ebenfalls konzentrisch und können in unterschiedlichen Ebenen oder der gleichen Ebene angeordnet sein.
Die in den 2 und 3 veranschaulichte Konfiguration enthält jedoch eine erhebliche Abweichung bezüglich der in 1 dargestellten Bauart, da die äußere Spule 3' sowohl die äußeren als auch die inneren Polstücke 201', 101' umgibt, während die innere Spule 3 dem inneren Polstück 101' zugeordnet ist. Offensichtlich kann auch in diesem Falle, falls erforderlich, eine Spule 3' vorgesehen sein, die mit dem äußeren Paar von Polstücken 201' lediglich letztere umgebend verbunden ist.
Wie insbesondere aus 3 ersichtlich, formen die Polstücke 101', 201' der beiden Paare zur Aufnahme der inneren Spule 3 einen ringförmigen Spalt zwischen sich. Diese Polstücke 101' und 201' können in einer derartigen Weise geformt sein, dass sie einander gegenüberliegende ringförmige weitere Abschnitte in Form von äußeren Flanschen 401' umfassen, welche an den freien Enden der Polstücke 101' und 201' angeordnet sind, und die innere Spule 3 überlagern, während sie teilweise die Öffnung der offenen Seite der Nut 501 zur Aufnahme genannter Spule schließen, d.h. verkleinern.
Ein derartiger Flansch kann ebenfalls längs der äußeren peripheren Seite der äußeren ringförmigen Polstücke 201' vorgesehen sein, um teilweise oder vollständig die äußere Spule 3' abzudecken, wann immer dies erforderlich ist, um in dem Bereich 102' die gewünschten Feldeigenschaften bezüglich Intensität und Verteilung zu erzeugen.
Diese Konfiguration, welche wie die zuvor Beschriebene optimiert werden kann, bietet offensichtliche Vorteile bezüglich vielseitiger Anwendungen bei unterschiedlichen Morphologien von Körpern und Teilen desselben.
Eine mögliche Verbesserung ist erreichbar, indem das Joch 1 bezüglich seines Schenkels parallel zur Achse der Polstücke 101' und 102' und/oder der Schenkel quer zu dieser Achse ausfahrbar ist. In diesem Falle können, vorausgesetzt, dass die Grenzen der Änderungsbereiche von Strom oder der Korrekturen der erzielbaren Verteilung des magnetischen Feldes nicht überschritten werden, die erforderlichen Korrekturen zur Anpassung des magnetischen Aufbaus an die neue Größe des Jochs 1 automatisch mit Hilfe eines geeigneten Computers hergestellt werden, welcher darin gespeicherte Rechenprogramme für die erhebliche Einstellung der in den beiden Spulen 3, 3' fließenden Ströme hat. Der magnetische Aufbau kann in seinen Abmessungen auf ausgesprochen einfache Weise angepasst werden, indem eine Gruppe anfügbarer und abnehmbarer modularer Elemente vorgesehen wird.
Das Joch 1 muss eine hohe Permeabilität für den magnetischen Fluss in einer derartigen Weise haben, dass das magnetische Feld innerhalb des Jochs sehr niedrig oder tatsächlich Null ist.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung ist schematisch in 4 dargestellt.
In diesem Falle ist das Joch 1 U-förmig und der hierdurch begrenzte Hohlraum 2 weist drei offene Seiten auf. Das Joch 1 hat Polstücke 101" und 201'' auf den beiden einander gegenüberliegenden Schenkeln der U-Form, welche zwei koaxiale Paare einander gegenüberliegender Polstücke bilden. Der für die Aufnahme des zu untersuchenden Körpers oder Teils desselben relevante Bereich ist mit 102 bezeichnet und ist derart gestaltet, dass er im Wesentlichen dem magnetischen Spalt T1 zwischen den Polstücken 101'' auf der geschlossenen Seite des U-förmigen Jochs 1 entspricht. Die Polstücke 201'' des anderen Paares sind an den freien Enden der beiden Schenkel des U-förmigen Jochs 1 angeordnet.
Die Polstücke 101'' und 201'' sind derart angeordnet und bemessen, dass sie Nuten zum Aufnehmen und Halten der Spulen 3, 3' in Richtung des parallelen geschlossenen Schenkels des U-förmigen Jochs 1 begrenzen. Ebenso sind bei dieser Ausführungsform zwei Spulen 3, 3' vorgesehen, von denen eine die beiden mit einem Schenkel des U-förmigen Jochs 1 verbundenen Polstücke 101'', 201'' umgibt, während die andere lediglich die Polstücke 201'' am freien Ende der Schenkel des U-förmigen Jochs 1 umgibt.
Nach einem weiteren Merkmal enden die inneren Polstücke 101'' in einer kürzeren Entfernung voneinander bezüglich derer der Polstücke 201'' an dem Ende der Schenkel des U-förmigen Jochs 1, so dass im Wesentlichen ein Hohlraum gebildet wird, der sich in Richtung der offenen Querseite des U-förmigen Jochs 1 erweitert.
Dank der Polstücke 201'' und der damit verbundenen Spulen 3' kann das magnetische Feld im Bereich des Magnetspalts T1, d.h. im Volumen 102, zur Aufnahme des zu untersuchenden Körpers oder Teile desselben in einer derartigen Weise geändert werden, dass die Abweichung von den erforderlichen Eigenschaften der Feldverteilung in dem Bereich 102 kompensiert werden kann, welche durch die Öffnung des Jochs 1 auf einer Seite parallel zu der Achse der Polstücke 101'' und 201'' hervorgerufen wird, so dass gültige Kernspinresonanzbilder erhalten werden, selbst wenn der elektromagnetische Aufbau offen ist.
Eine derartige Konfiguration ist zum Erfassen von Kernspinresonanzbildern in der Schulterzone ausgesprochen vorteilhaft. In diesem Falle erlaubt es das Erweitern auf der offenen Seite des U-förmigen Jochs 1, den magnetischen Aufbau unter Berücksichtigung der Dickenzunahme in der Brustkorbzone auf die Schulter zu schieben, wodurch somit im Wesentlichen deren Morphologie gefolgt wird. Auch in diesem Falle wird die morphologische Anpassung erreicht, während die Qualität der erfassten Bilder, die Größenverringerung des magnetischen Aufbaus und der Kosten der Vorrichtung aufrechterhalten bleibt.
Ein genaueres und weniger schematisches Beispiel eines magnetischen Aufbaus, dessen Konfiguration im Wesentlichen dem gemäß 4 entspricht, ist in den 5 bis 9 veranschaulicht.
Im Wesentlichen ist der magnetische Aufbau nach diesen Figuren identisch zu dem gemäß 4. Die beiden Beispiele unterscheiden sich lediglich in einigen Merkmalen, die erforderlich sind, um die Eigenschaften des magnetischen Feldes im Volumen oder Bereich 102 des Hohlraums 2 zu optimieren.
Das Joch 1 weist einen variablen Abschnitt in dem Bereich 601 auf, welcher mit den Schenkeln der U-Form verbunden ist. Ferner werden die Schenkel zunehmend in Richtung der freien Enden sowohl auf der Außen- als auch auf der Innenseite dünner.
Die Polstücke 101'' des ersten Paares weisen eine Durchgangsöffnung auf, welche sie in zwei im Abstand befindliche Teile in Richtung von der geschlossenen Seite zur offenen Seite des Jochs unterteilt. Die Durchgangsöffnung erstreckt sich im Wesentlichen von der Basis der Polstücke 101'' an den Schenkeln des Jochs 1 nach oben zu einer gemeinsamen Endplatte. Die Endplatte 701 erweitert sich nach allen Seiten, vorzugsweise in einer ausgestellten Weise, und überdeckt teilweise die Spule 3. Die Platte 701 verjüngt sich seitlich auf beiden Seiten in der von der geschlossenen Seite des U-förmigen Jochs 1 ausgehenden Richtung, während längs der in Richtung der geschlossenen Seite des U-förmigen Jochs 1 und parallel zu dieser verlaufenden Kante die Platte 701 einen Zahn 801 aufweist, dessen Querschnitt im Wesentlichen wie ein rechtwinkliges Trapez geformt ist, welches in Richtung des gegenüberliegenden und koaxialen Polstücks 101'' vorsteht.
Die Polstücke 201'' an den Enden der beiden einander gegenüberliegenden Schenkel des U-förmigen Jochs 1 enden ebenfalls mit einer Platte 901, welche sich in ausgestellter Weise sowohl seitlich als auch an der offenen Seite des U-förmigen Jochs 1 verbreitert und nach außen über die Enden dessen Schenkel vorsteht und teilweise die damit verbundene Spule 3' überlagert. Die Ausdehnung der an der offenen Seite des Jochs 1 vorstehenden Polstücke 201'' verjüngt sich seitlich wie auf der gegenüberliegenden Seite der Polstücke 101''.
Die Spulen 3 umgeben sowohl die Polstücke 101'' als auch die Polstücke 201'' zusammen mit der mit diesen verbundenen Spule 3'.
Nach einem weiteren Merkmal ist mindestens eine der Spulen 3, 3' derart orientiert, dass sie in einem derartigen Maße geneigt ist, dass die einander gegenüberliegenden Spulen 3, 3', die die gleiche Funktion und Abmessung haben, divergierend in Richtung der offenen Seite des Jochs 1 angeordnet sind.
Insbesondere sind beide Spulen 3 und Spulen 3' geneigt. Die Neigung kann entweder für die beiden Spulen 3, 3' unterschiedlich oder gleich sein.
Dank der obigen Merkmale ist es möglich, die Größe und folglich die Kosten und den Raumbedarf des magnetischen Aufbaus zu reduzieren, insbesondere das Joch 1 hinsichtlich der Erstreckung von der geschlossenen Seite zur offenen Seite zu verkürzen, während die Eigenschaften des magnetischen Felds im Bereich 102 unverändert gehalten werden.
Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die veranschaulichten und beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern kann in großem Maße insbeson dere hinsichtlich der Konstruktion abgewandelt werden. Insbesondere können auch getrennte Polstücke vorgesehen sein, die mit Feldspulen verbunden sind, die getrennt von oder gemeinsam mit anderen benachbarten oder in anderen Richtungen vorgesehenen Polstücken genutzt werden, wie beispielsweise eine Verteilung von Paaren von Polstücken, die sich in zwei Dimensionen erstrecken, von denen eine senkrecht und die andere parallel zur Achse des Hohlraums liegt.
Anstelle lediglich magnetische Feldspulen vorzusehen, können letztere durch äquivalente Konfigurationen von Permanentmagneten ersetzt werden oder es können in Kombination sowohl magnetische Feldspulen als auch Permanentmagneten vorgesehen werden, die zweckdienlich angeordnet sind, um die gewünschten Eigenschaften des magnetischen Felds zu erzielen.

Claims

Magnetischer Aufbau zur Erzeugung von magnetischen Feldern, die zur Erfassung von Kernspinresonanzbildern verwendet werden, mit einer Einrichtung (1, 101, 201, 301, 101', 201', 101'', 201'', 3, 3') zur Erzeugung eines magnetischen Feldes mit den zum Erhalten gültiger Bilder benötigten Eigenschaften innerhalb eines festgelegten dreidimensionalen Bereichs (102), der zumindest ein Teil eines wenigstens teilweise in dem magnetischen Aufbau enthaltenen Hohlraums (2) ist, wobei die Einrichtung zur Erzeugung des magnetischen Feldes aus wenigstens einer Widerstandsspule oder supraleitenden Spule (3, 3') besteht und die Spule (3, 3') einem Element (1), dem sog. Joch, zugeordnet ist, das aus einem Material mit einer bestimmten Permeabilität bezüglich des Magnetflusses besteht, und wobei das Joch den Hohlraum (2) begrenzt, der zumindest eine offene Seite aufweist, während ein oder mehrere Polstücke (101, 201, 301, 101', 202', 101'', 201'') von der dem Hohlraum (2) zugewandten Innenseite des Jochs (1) zumindest in dem dem Volumen (102), das den Körper oder dessen Teil, der gescannt werden soll, aufnimmt, entsprechenden Bereich abzweigen und mit einem Ende innerhalb des Hohlraums (2) enden, wobei um das Polstück oder die Polstücke herum die Spule bzw. Spulen (3, 3') zur Erzeugung des Magnetflusses angeordnet sind und der magnetische Aufbau wenigstens zwei Paare (101, 201, 301, 101', 202', 101'', 201'') gegenüberliegender Polstücke und zumindest eine Spule (3, 3') für jedes Polstück (101, 201, 301, 101', 202', 101'', 201'') der beiden Paare hat, dadurch gekennzeichnet, dass das Joch (1) bezüglich seines parallel zur der Achse der Polstücke (101', 102') verlaufenden Schenkels und/oder der quer zu dieser Achse verlaufenden Schenkel auf eine neue Größe erweiterbar ist.
Magnetischer Aufbau nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Computereinrichtung vorgesehen ist, in der ein Berechnungsprogramm zum Einstellen der in den Spulen (3, 3') zirkulierenden Ströme gespeichert ist, um automatisch die Korrekturen zur Anpassung des magnetischen Aufbaus an die neue Größe des Jochs (1) durchzuführen.
Magnetischer Aufbau nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Satz zusammen- und auseinanderbaubarer modularer Elemente vorgesehen ist, um den magnetischen Aufbau von seinen Abmessungen her an die neue Größe des Jochs (1) anzupassen.
Magnetischer Aufbau nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eines der beiden Polstücke-Paare (101, 101', 101'') innerhalb des Hohlraums (2) das Volumen (102), das zur Aufnahme des zu untersuchenden Körpers oder dessen Teils vorgesehen ist, auf gegenüberliegenden Seiten begrenzt.
Magnetischer Aufbau nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er zumindest drei offene Seiten aufweist, wobei das Polstücke-Paar (101, 101', 101''), das innerhalb des Hohlraumes (2) das Volumen (102), das zur Aufnahme des zu untersuchenden Körpers oder dessen Teils vorgesehen ist auf gegenüberliegenden Seiten begrenzt, dasjenige Polstücke-Paar ist, das von der offenen Seite, an der der Körper in den Hohlraum (2) eingeführt wird, an weitesten beabstandet ist.
Magnetischer Aufbau nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Polstücke (101, 201, 301, 101', 202', 101'', 201'') jedes Paares koaxial zueinander angeordnet sind.
Magnetischer Aufbau nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei gegenüberliegenden Polstücke (101, 201, 301, 101', 202', 101'', 201'') der Polstück-Paare von wenigstens einer gemeinsamen Feldspule (3) umgeben sind, wobei für jedes Polstück (101, 201, 301, 101', 202'; 101'', 201'') oder nur für eines derselben eine weitere separate Spule vorgesehen ist, die nur das jeweilige Polstück umgibt.
Magnetischer Aufbau nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Polstück-Paare (101, 201, 301, 101', 202', 101'', 201'') bezüglich einer die offenen Seiten des Hohlraumes (2) senkrecht schneidenden Mittelebene vorzugsweise symmetrisch zueinander angeordnet sind.
Magnetischer Aufbau nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl das Joch (1), als auch der Hohlraum (2) bezüglich wenigstens einer, eine der offenen Seiten des Hohlraumes (2) senkrecht schneidenden Mittelachse, eine symmetrische Form aufweisen.
Magnetischer Aufbau nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Polstücke (101, 201, 301, 101', 202', 101'', 201'') der benachbarten Paare voneinander beabstandet sind, um auf diese Weise Auskehlungen zur Aufnahme der Spulen (3, 3') zu bilden, wobei die Auskehlung sich in einer Stellung zwischen den Polstücken befinden.
Magnetischer Aufbau nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Polstück mit wenigstens einer Seite und an seinem dem Hohlraum (2) zugewandten Ende mit einem peripheren Flansch (401) versehen ist, der diejenige Seite der Spule (3, 3'), die dem Inneren des Hohlraums (2), d. h. dem Ende der Polstücke (101', 201', 101'', 201'') zugewandt ist, wenigstens teilweise, möglicherweise vollständig überdeckt.
Magnetischer Aufbau nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Polstücke (101'') jedes Paars Durchgangsöffnungen oder Spalten (601) aufweisen, die eine derartige Länge haben, dass sie diese zumindest in ihrem mittleren Bereich in zwei voneinander beabstandete Teile teilen.
Magnetischer Aufbau nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die gegenüberliegenden Flächen der Polstück-Paare (101, 201, 301, 101', 202'', 101'', 201'') parallel zueinander verlaufen.
Magnetischer Aufbau nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die gegenüberliegenden Flächen der Polstück-Paare (101, 201, 301, 101', 202', 101'', 201'') so ausgerichtet sind, dass sie im Bezug aufeinander divergieren oder konvergieren.
Magnetischer Aufbau nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die gegenüberliegenden Flächen der Polstück-Paare (101, 201, 301, 101', 202', 101'', 201'') mit festgelegten identischen Profilen (701) ausgeformt sind, die zueinander komplementär oder unterschiedlich voneinander sind.
Magnetischer Aufbau nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Polstücke (101'') wenigstens eines Polstück-Paars entlang einer Kante ihres dem Hohlraum (2) zugewandten Endes mit einem Vorsprung (801) versehen sind, der auf das gegenüberliegende Polstück des Polstück-Paars gerichtet hervorsteht.
Magnetischer Aufbau nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die den gegenüberliegenden Polstücken (101'', 201'') der verschiedenen Paare zugeordneten Spulen (3, 3') mit ihren Achsen parallel zueinander und miteinander fluchtend ausgerichtet sind.
Magnetischer Aufbau nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die den gegenüberliegenden Polstücken (101'', 201'') der verschiedenen Paare zugeordneten Spulen (3, 3') so ausgerichtet sind, dass ihre Achsen in einem derartigen Ausmaß zueinander geneigt sind, dass die Spulen (3, 3') zueinander divergierende oder konvergierende Positionen einnehmen und wobei für Spulenpaare (3, 3') mit entsprechenden Funktionalitäten oder für alle Spulen (3, 3') identische oder verschiedene Neigungen bestehen.
Magnetischer Aufbau nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Kombination zu den Spulen (3, 3') oder als vollständiger Ersatz derselben permanentmagnetische Elemente vorgesehen sind.
Magnetischer Aufbau nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Joch (1) eine ringförmig geschlossene Form aufweist, in der der Hohlraum (2) auf zu zwei gegenüberliegenden Seiten offen ist.
Magnetischer Aufbau nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Joch (1) eine ringförmige offene Form aufweist, d. h. eine C-Form oder eine U-Form.
Magnetischer Aufbau nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Joch (1) ein verbindendes Element zwischen Mitteln zur Begrenzung eines Hohlraums (2), d. h. eines vorbestimmten Volumens (102) bildet, wobei die Mittel den Hohlraum (2) nur auf zwei gegenüberliegenden Seiten begrenzen und aus den Enden des Paars gegenüberliegender Polstücke (101', 201') bestehen.
Magnetischer Aufbau nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die verschiedenen Polstück-Paare (101', 201') konzentrisch angeordnet sind, wobei die äußeren Polstücke ringförmige Formen aufweisen und die Polstück-Paare (101', 201') vorzugsweise kreisförmige Formen aufweisen.
Magnetischer Aufbau nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, dass das Joch (1) eine C- oder U-Form aufweist und eine den Hohlraum (2) begrenzende, geschlossene Seite hat, die gegenüber einer offenen Seite des Hohlraums (2) angeordnet ist, wobei die verschiedenen Polstück-Paare (101'', 201'') in einer von einer der geschlossenen Seiten zu einer gegenüberliegenden offenen Seite des Jochs (1) Seite an Seite angeordnet sind.
Magnetstruktur nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass sie zwei Paare gegenüberliegender Polstücke (101'', 201'') aufweist, die unterschiedliche Längen haben und zwischen jedem Paar gegenüberliegender Polstücke Spalten (T1, T2) unterschiedlicher Größe bilden, wobei ein Paar gegenüberliegender Polstücke (201'') näher an einer offenen Seite des U-förmigen Jochs (1) angeordnet sind und kürzer als das benachbarte Paar von gegenüberliegenden Polstücken (101'') ist, das die sich näher an der gegenüberliegenden, geschlossenen Seite des Jochs (1) befinden, sind, während der Bereich (102), der zur Aufnahme des entsprechenden Teils des Körpers oder dessen Teils zur Untersuchung vorgesehen ist, der Spalte (T1) zwischen den beiden Polstücken (101''), die näher an der geschlossenen Seite des Jochs (1) liegen, entspricht.
Magnetischer Aufbau nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass die gegenüberliegenden Enden der Polstücke (101''), die näher an der geschlossenen Seite des Jochs (1) liegen, im Wesentlichen eben sind und entlang der der geschlossenen Seite zugewandten Kante eine Verlängerung (701) in Richtung des Inneren des Hohlraums (2) in Form eines Vorsprungs mit vorzugsweise rechtwinkligem trapezförmigen Querschnitt aufweisen.
Magnetischer Aufbau nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Polstücke (201'') sich einer vorstehenden Kante sich über die Enden der gegenüberliegenden Schenkel des U-förmigen Jochs (1) erstrecken, wobei sich die Kante auf ihr hervorstehendes Ende hin lateral verjüngt und die Spule (3') teilweise überdeckt.
Magnetischer Aufbau nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Polstücke (101'') eines Polstück-Paars jeweils einer Spule (3), die das entsprechende Polstück des Polstück-Paars (101'') und das andere benachbarte Polstück (201'') des zweiten Polstück-Paars (201'') umgibt, sowie einer Spule (3'), die nur das weitere Polstück (201'') des zweiten Polstück-Paars umgibt, zugeordnet sind.
Magnetischer Aufbau nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spulen (3) und/oder die Spulen (3') in der von der geschlossenen Seite zur offenen Seite des U-förmigen Jochs (1) verkaufenden Richtung divergierend geneigt sind.
Vorrichtung zur Erfassung von Kernspinresonanzbildern, dadurch gekennzeichnet, dass sie zur Erfassung von Bildern im Schulterbereich ausgelegt ist und dass sie einen Aufbau nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche 1 bis 29 hat.