NL8403654A - Stelsel van gradient-spoelen voor een nmr-magneet. - Google Patents

Description

A .- r * {>) i .

Stelsel van gradient-spoelen voor een NMR-magneet.

Deze uitvinding heeft betrekking op afbeel-dingsinrichtingen die gebruikmaken van kernspinresonantie voor gébruik in medische diagnostiek. De principes volgens welke kernen bij gebruik van magnetische velden zullen reso-5 neren staan reeds lang vast. Wanneer atoomkernen geplaatst zijn in een stede magnetisch veld en gestimuleerd zijn door een speciale radiofrequentie, zenden zij meetbare radiosignalen uit. Dit verschijnsel kenmerkt alle stabiele atoomkernen die een oneven aantal protonen of neutronen of beide bezitten. 10 Deze deeltjes bezitten twee essentiele eigenschappen, een spinmoment en een magnetisch moment en zij kunnen vergeleken worden met een snel ronddraaiende magnetische gysroscoop.

Ongeveer tweederde van alle stabiele atoomkernen heeft - spinmomenten en magnetische momenten. De waterstof-15 kern of proton is de eenvoudigste van dit type. Het is ook het meest voorkomend element in het menselijk lichaan waarvan ongeveer twee derde uit water bestaat.

Tijdens het afbeelden, waarbij gébruik gemaakt wordt van magnetisch geïnduceerde resonantie van kernen, wordt 20 de patient tegelijkertijd blootgesteld aan drie verschillende energiebronnen s 1) een statisch magnetisch veld met grote sterkte 2) een met de tijd veranderend veld of een 25 magnetisch gradientveld met beduidend kleinere sterkte, en 3) het radiofrequent magnetisch veld.

£): Het magnetisch veld met grote sterkte beïnvloedt de protonen in het lichaam van de patient. Zonder dit veld zouden de protonen willekeurig georienteerd zijn? in 30 dit magnetisch veld worden de protonen gericht met het veld mee of tegen het veld in (er bestaat geen tussengelegen toestand) . Er zijn meer protonen met het veld mee gericht dan er tegenin omdat hun energietoestand hieraan de voorkeur geeft.

8403654 - 2 ~ / * m

Omdat er meer protonen met het veld mee zijn gericht dan er tegenin bestaat er een magnetisatie in de algemene richting van het magnetisch veld en in een evenwichtstoestand is de { magnetisatie met het magnetisch, veld mee gericht op een manier 5 gelijkend op een kompasnaald in het aardmagnetisch veld. Wan neer men de protonen doet afwijken van de richting van het magnetisch veld zullen zij niet direkt terugkeren naar de evenwichtstoestand maar in plaats daarvan zullen zij roteren in alsmaar kleiner wordende cirkels rond de richting van het 10 magnetisch veld zoals gyroscopen die precederen onder de in vloed van een stootkracht. Wanneer het precederen afneemt verschaft' het gedrag van de protonen informatie over het type materiaal in het te onderzoeken schijfje en het is deze informatie die wordt weergegeven in dé vorm van een afbeelding 15 voor medisch onderzoek. Het magnetisch veld met grote sterkte • wordt verschaft door een supergeleidende magneet. Deze be staat uit een hol cilindrisch vat dat de magneet bevat, dat hermetisch afgesloten is en waarin de supergeleidende magneet werkzaam is in vloeibaar helium bij ongeveer 4 K.

20 2) Het met de tijd veranderend veld of ibagne- tisch gradientveld wordt verschaft door windingen die het mogelijk maken dat het gradientveld wordt gesuperponeerd op het hoofdveld en maken het zo mogelijk afbeeldingen van een vlak of schijfjes te maken door gedeelten van het lichaam 25 van de patient heen. Deze windingen omvatten-gewoonlijk X-, Y- en Z-gradientspoelen en de benodigde windingen kunnen een veldgradient voortbrengen loodrecht op het vlak van het schijfje dat moet worden bekeken.

Wanneer het radiofrequente signaal is toege-30 voerd is alleen aan de benodigde resonantievoorwaarden voor het stimuleren van de kamen voldaan in het ene vlak dat men wenst te onderzoeken terwijl in de rest van het lichaam van de patient het magnetisch veld en de frequentie vereist voor resonantie ofwel te groot ofwel te klein zijn.

"35 3) Het radiofrequent magnetisch veld wordt 8403654 ( i - 3 - verschaft door verdere windingen. De frequentie is gekozen om de kernen te doen resoneren en zoals boven beschreven doet dit veld de kernen afwijken van de hoofdrichting van het magnetisch veld om precessie te veroorzaken.

5 De radiofrequent-spoelen zijn aangebracht op een cilindervormige spoelkoker en dit stelsel past op de binnenzijde van de cilindrische vorm van de X-, Y- en Z-spoe-len.

De gradientspoelen ontvangen een pulserende 10 gelijkstroom die bij benadering blokvormig is, waarbij de tijd waarin de stroom loopt verschilt van de tijd waarin de stroom nul is. Deze pulserende stroom heeft een frequentie in het gebied van 1 Hz tot 20 Hz, waarbij de werkelijke frequentie wordt veroorzaakt.door het totale afbeeldingsbestu-15 ringsstelsel om de bedieningseisen van het systeem op elkaar af te stellèn.

Wanneer een pulserende stroom door een geleider is gegaan die loodrecht op een magnetisch veld staat wordt een pulserende kracht uitgeoèfend op de geleider; de gelei-20 der kan mechanisch ondersteund moeten worden tegen deze kracht.

In het geval van de gradientspoelen zijn de krachten voortgebracht door de pulserende stroom voldoend groot om de spoelen te doen oscilleren en om de spoelkoker in trilling te brengen. Deze werking leidt tot het teweeg brengen van een ge-25 ruis dat de frequentie heeft van de pulserende stroom en dat daarom in het hoorbare gebied ligt, alhoewel bij de lage frequenties, en dat dikwijls indringend en onaangenaam is voor patiënten en bedieningspersonen. De onderhavige uitvinding maakt het mogelijk een constructie van een stelsel van gradient-30 spoelen te maken dat het geruis uit deze bron aanzienlijk, vermindert.

Overeenkomstig de onderhavige uitvinding is voorzien in een spoelkoker voor een stelsel van gradientspoelen bedoeld voor gébruik in een afbeeldingsinrichting die 35 de resonantie van kernen gebruikt, omvattende meerdere ringen, 8403654 , & * 9 - 4 - elk geschikt om één van de werkzame hoofdtakken van een gra-dientspoel te ondersteunen en meerdere organen die zich in het algemeen uitstrekken in de axiale richting van de magneet waarbij de ringen aanéén vastgemaakt worden.

5 Een kenmerk van deze uitvinding is het voor zien in buigzame ondersteuningsorganen voor de gradientspoel-koker, die het doorgeven van geruis vermindert.

Een verder kenmerk van deze uitvinding is de t vervaardiging van de gradientspoelkoker van een· geruisabsor-10 berend materiaal.

Een uitvoeringsvorm van de uitvinding zal nu . beschreven worden onder verwijzing naar de bijgaande tekeningen waarin, figuur 1 een eindaanzicht is van een magneet-15 stelsel voor gebruik in medische diagnostiek, de figuren 2, 3 en 4 respectievelijk het eindaanzicht, het vooraanzieht en het zijaanzicht zijn van een stelsel van gradientspoelen voor het magneetstelsel van figuur 1, en 20 figuur 5 een schematisch perspectivisch aan zicht is van de windingen van de gradientspoelen van het stelsel van de figuren 2 tot en met 4.

Onder verwijzing naar figuur 1 omvat het magneetstelsel een hol cilindervormig lichaam 10.dat een super-25 geleidende magneet omvat die werkzaam is in vloeibaar helium bij ongeveer 4 K. Wanneer de supergeleidende magneet in bedrijf is gesteld en de stroom hierin rondloopt wordt een mag-. netisch veld tussen 0,2 T en 2,5 T voortgebracht, afhankelijk van de constructie en de werkvoorwaarden van het stelsel. Een 30 stelsel van gradientspoelen 11 is concentrisch geplaatst bin nenin het vat 10 en een stelsel voor een radiofrequent-spoel 12 is concentrisch binnenin stelsel 11 geplaatst.

Vervolgens verwijzend naar de figuren 2 tot en met 4 omvat het stelsel 11 een cilindervormige spoelkoker 35 15 waarop een verzameling van X-spoelen 16, een verzameling *- 8403654 r Λ - 5 - van Y-spoelen 17 en een verzameling van Z-spoelen 18 gewonden zijn. De X-spoelen en de Y-spoelen omvatten elk twee diametraal tegenover elkaar gelegen verzamelingen van windingen; de X— en de Y-spoelen zijn nagenoeg identiek in vorm en in 5 magneetsterkte en zij verschillen alleen door het feit dat zij langs de omtrek 90° van elkaar geplaatst zijn.

Figuur 3 is een zijaanzicht dat de X-spoelen toont waarbij de Y-spoelen weggehaald zijn omwille van de duidelijkheid. Een wikkeling 20 van de twee diametraal tegenover 10 elkaar gelegen verzamelingen wikke lingen van de X-spoelen kan worden waargenomen. De wikkeling 20 bestaat uit één enkel-stuk geleider met rechthoekige doorsnede gewonden in twee na-noeg rechthoekige verzamelingen van axiaal ten opzichte van de spoelkoker met tussenruimte geplaatste windingen 21 en 22.

15 De windingen van de geleider passen bij de cilindrische vorm van de spoelkoker 15.

De rechthoekige windingen 21 omvatten tegenover elkaar, gelegen gedeelten 23 en 24 met rechte zijden, waar de windingen van de geleider aangrenzend tegen elkaar gelegen zijn.

20 De windingen 22 hebben ook gedeelten 25 en 26 met vergelijk bare zijden. Deze gedeelten 23 tot en met 26 van de geleider-zijden vormen de werkzame hoofdtakken van de spoel en verschaffen het gradientveld van de X-spoel wanneer hij gecombineerd wordt met de werkzame hoofdtakken van de andere dia-25 metraal daartegenover gelegen verzameling van X-wikkelingen.

Bij de andere tegenover elkaar gelegen gedeelten 27 en 28, en 29 en 30, strekken de windingen zich uit evenwijdig met de as van de magneet en zijn met tussenruimten van elkaar geplaatst. Zij geven alleen een magnetisch ef-30 fect evenwijdig aan de as van de magneet en leveren zo geen bijdrage aan het loodrechte gradientveld.

De uiteinden van de geleider worden naar buiten gebracht bij 31 en de uiteinden 32 van de ander diametraal daar tegenover gelegen X-wikkelingen kunnen worden waargenomen.

35 Ook zijn de uiteinden 33, 34 van de twee verzamelingen wikke- H * 8403654 «Τ' * - 6 - lingen van de Y-spoel ên de uiteinden 35, 36 van de twee verzamelingen wikkelingen van de Z-spoel (die later zal worden beschreven) getoond. Slechts één van de X-spoelen is in figuur 3 getoond; de andere diametraal daar tegenover gelegen 5 spoel is het spiegelbeeld van de getoonde en de twee Y-spoelen zijn identiek met de X-spoelen behalve dat zij over 90° verplaatst zijn.

Nu verwijzend naar figuur 5 is de route van de 1 elektrische stroom door één van de wikkelingen van de X-spoe- 10 len schematisch getoond. De opeenvolgende gedeelten van de geleider zijn genummerd 40. - 51. De ingangsleiding is gedeelte 40 en gedeelten 41-44 geven zes omkeringen van de geleider op de feitelijke spoel weer;, gedeelte 45 is gebruikt om de stroom naar het tweede gedeelte van de spoel te voeren waar 15 gedeelten 46 - 50 de verdere zes omkeringen van de geleider van de feitelijke spoel weergeven: gedeelte 51 is de terug-voerverbinding.

De spoelkoker 15is in wezen cilindervormig.

De spoelkoker omvat echter vier 'axiaal met tussenruimten ge-20 plaatste ringen 55 - 58 en elk van deze ringen verschaft de benodigde mechanische steun, nodig voor twee diametraal tegenover elkaar gelegen werkzame hoofdtakken van de X-spoelen en twee diametraal tegenover elkaar gelegen werkzame hoofdtakken van de Y-spoelen. De ringen zijn verbonden door in de lengte-25 richting lopende daarmee één. geheel vormende vulstukken zoals bij 59, zodat de spoelkoker 15 gemakkelijk gemaakt kan worden uit een enkele cilindervormige buis met nagenoeg rechthoekige gaten eruit gesneden om de ringen 55 - 58 en de vulstukken 59 over te houden. De spoelkoker is gemaakt van een stuk niet-30 magnetisch materiaal zoals glasvezel geïmpregneerd met hars, spiraalsgewijs gewikkeld papier geïmpregneerd met hars of een matrix met doek met hars. Het is nodig dat het materiaal van de spoelkoker stug buigt en een grote elasticiteitsmodu-lus heeft. Mechanische ondersteuning voor de wikkelingen 35 wordt verschaft door niet-magnefeische bevestigingen welke de / 8403654 - 7 - r * wiiidingen aan de spoelkoker vastmaken.

Met het ontwerp van de spoelkoker van de onderhavige uitvinding laten de oscillerende magnetische krachten, voortgebracht in de X- en Y-spoelwikkelingen, geen enkele 5 beduidende hoeveelheid geruis zich voortplanten. Bovendien is de spoelkoker gemaakt van een geruisabsofberend materiaal en dit helpt elk geruis voortgebracht tijdens het werken te verzwakken. Ook het gehele stekel van gradient spoelen is binnenin de hoofdmagneet gemonteerd op buigzame vattingen en dit 10 helpt opnieuw elk voortgebracht geruis te verzwakken.

De Z-spoelen omvatten elk een serie omtreksge-wijs gewonden windingen geplaatst in het midden op één van de middens van de X- en Y-spoelen . Elke Z-spoel is gewonden van één enkele geleider en de ingangs- en terugvoerverbin-15 dingen zijn gebracht zoals getoond bij 60, 61. Deze spoelen leveren een magnetisch veld in de asrichting; zij oefenen geen enkele naar het midden gerichte mechanische kracht uit op de spoelkokerjnoch leveren zij een bijdrage aan enig mechanisch voortgebracht geruis.

8403654

Claims (7)

1. Een stelsel van gradientspoelen bedoeld voor gebruik in een afbeeldingsinrichting welke de resonantie van atoomkernen aanwendt, omvattende meerdere ringen elk ge-5 schikt om tenminste één van de werkzame hoofdtakken van een gra'dientspoel te ondersteunen en meerdere organen die zich in het algemeen in de axiale richting van de magneet uitstrekken, waarbij de ringen aanéén vastgemaakt worden.

2. Een gradientspoelkoker volgens conclusie 1, 10 waarin de ringen buigzame ondersteuningen vormen voor de takken.

3. Een stelsel van gradientspoelen volgens conclusie 1 of 2, waarin de ringen en organen uit· één geheel gevormd zijn uit een enkel cilindervormig orgaan.

4. Een stelsel van gradientspoelen volgens 15 conclusies 1, 2 of 3 met vier van die ringen.

5. Een stelsel van gradientspoelen volgens conclusie 1, 2, 3 of 4 waarin de ringen en organen nagenoeg rechthoekige.openingen daartussen vormen.

6. Een stelsel van gradientspoelen volgens een 20 van de conclusies 1 - 5 waarin de ringen gevormd zijn uit ge- ruisabsorberend materiaal. 1

7. Een stelsel van gradientspoelen volgens een van de conclusies 1-6 waarin de takken buigzaam worden ondersteund op de ringen. ‘ ' **·» 8403654