NL8701948A

NL8701948A - Magnetisch resonantie-apparaat met verbeterd gradient spoelenstelsel.

Info

Publication number: NL8701948A
Application number: NL8701948A
Authority: NL
Original assignee: Philips Nv
Priority date: 1987-08-19
Filing date: 1987-08-19
Publication date: 1989-03-16
Also published as: JPS6470031A; DE3875863D1; US4878023A; EP0304126A1; JP2843829B2; EP0304126B1; DE3875863T2

Description

* PHN 12.215 1 N.V. Philips' Gloeilampenfabrieken te Eindhoven

Magnetisch resonantie-apparaat met verbeterd gradient spoelenstelsel,

De uitvinding heeft betrekking op een magnetisch resonantie apparaat met een magneetstelsel voor het opwekken van een stationair magneetveld en een spoelenstelsel voor het opwekken van onderling loodrechte gradientvelden.

5 Een dergelijk magnetisch resonantie apparaat is bekend uit EP-A-216590. Een aldaar beschreven gradient spoelenstelesel bevat een aantal zadelspoelen voor het opwekken van X- en Y-gradientvelden voor een magnetisch resonantie apparaat waarin de richting van het stationaire magneetveld samenvalt met de (Z-) as van een cilindervormige 10 meetruimte. Gewoonlijk wordt een dergelijk gradient spoelenstelsel omgeven door één of meer elektrisch geleidende cilinders, bijvoorbeeld wanden en stralingsschermen van een supergeleidende magneet. Bij het schakelen van de stroom in gradient spoelen worden in deze elektrisch geleidende cilinders wervelstromen geïnduceerd, die de 15 gewenste gradient velden tegenwerken. De verzwakking van het effektieve gradient veld kan gedeeltijk worden gekomenseerd door middel van een instelbare "overshoot" in de stroom door de gradientspoelen. De overshoot in de stroom (en dus ook in het te leveren elektrische vermogen) is in sterke mate afhankelijk van de verhouding van de 20 diameter van het kleinste scherm dat de spoel omgeeft tot de diameter van de spoel zelf. Het elektrisch vermogen voor de spoel neemt toe bij afnemende diameter van de elektrisch geleidende cilinder.

Behalve een verzwakking van de gewenste gradiënten veroorzaken de wervelstromen ook een vervorming van de gradientvelden.

25 Het verband tussen plaats en effektieve veldsterkte is anders dan wanneer de gradientspoel geïsoleerd zou zijn opgesteld. Dit verband tussen veld en plaats zal bovendien in het algemeen tijdsafhankelijk worden omdat de wervelstromen met een zekere tijdsconstante zullen uitdempen. Vooral deze tjdsafhankelijkheid zal in het algemeen leiden 30 tot ongewenste verstoringen in MR beelden.

Als de wervelstromen niet in de tijd zouden uitdempen zou het effekt van de wervelstromen beperkt blijven tot een toename van het 8701948 f s PHN 12.215 2 benodigde elektrisch vermogen en een vervorming van de verkregen beelden. De vervorming zou dan in principe nog kunnen worden vermeden door bij het ontwerp van de spoel de wervelstromen mede in rekening te brenge, zodat het effektieve veld zo goed mogelijk de gewenste vorm 5 krijgt. Het uitdempen van de wervelstromen zou in principe kunnen worden voorkomen door de gradientspoelen te. omgeven door een supergeleidend scherm. Dit is echter vooralsnog moeilijk uitvoerbaar. Een alternatieve methode die een vergelijkbaar resultaat levert bestaat uit het aanbregen van een stelsel van "afschermspoelen" die zodanig zijn ontworpen dat 10 daar in de stroompatronen die zouden zijn ontstaan in een supergeleidend scherm worden nagebootst. Door deze afschermspoel aan te sturen met een aktieve voeding wordt de tijdafhankelijheid van de wervelstroomvelden geëlimineerd.

Een dergelijk stelsel van afschermspoelen geeft echter 15 geen oplossing voor het voor de stroom-overshoot benodigde elektrisch vermogen; integendeel: het effekt van de afschermspoel is bij het schakelen van de stroom in de spoel vrijwel gelijk aan het eeffekt dat een geleidend scherm op de diameter van de afschermspoel zou hebben veroorzaakt en aangezien deze diameter altijd kleiner zal zijn dan de 20 diameter van de cryostaatschermen waarin anders de wervelstromen zouden zijn geïntroduceerd wordt het totaal benodigde vermogen aanzienlijk groter.

De uitvinding beoogt het probleem van de wervelstromen geïntroduceerd door een transversale gradientspoel te vermijden zonder 25 dat het totaal voor de gradientspoel benodigde elektrisch vermogen groter wordt dan voor een vergelijkbare conventionele gradientspoel inclusief zijn wervelstromen. Hiertoe heeft een magnetisch resonantie apparaat van de in de aanhef genoemde soort tot kenmerk, dat tyerugvoerbooggeleiders van het gradient spoelenstelsel zodanig in het 30 spoelenstelsel zijn gelocaliseerd, dat daarmede strooivelden van effectief aan de vorming van gradientvelden bijdragende booggeleiders worden gecompenseerd.

Door gebruik te maken van het feit dat in een konventionele X- en Y-gradientspoel geleiders aanwezig zijn die 35 nauwelijks bijdragen tot het genereren van de gewenste velden doch die slechts dienen voor het completeren van de gesloten stroomkringen van de zadelspoelen waaruit een dergelijke gradientspoel is opgebouwd kunnen 8701948 * PHN 12.215 3 strooivelden van de effectieve boogeleiders worden gecompenseerd zouden dat de opgeslagen energie van het spoelenstelsel daartoe wordt vergroot.

In een voorkeursuitvoering zijn axiaal bezien meer naar buiten gelegen stroomterugvoerbogen verplaatst naar een grotere diamter 5 en bovendien axiaal meer centraal in het stelsel gepositioneerd. Door aldus een gedeelte van de terugvoerbogen op een geschikte manier over een cilinderoppervlak met een grotere diameter te verdelen kan het resulterende strooiveld van het gehele spoelenstelsel worden gereduceerd tot slechts een fraktie van het strooiveld van een vergelijkbare 10 conventionele gradientspoel.

Daar genoemde terugvoerbogen in bekende spoelenstelsels een substantiële bijdrage aan het opgeslagen vermogen leveren wordt dit door de maatregel volgens de uitvinding niet vergroot.

In het bijzonder bevat het gradient 15 spoelenstelselspoelenstelsel voor het opwekken van X-gradientvelden twee zadelvormige spoelen met elk een compenserende zadelvormige spoel. Deze spoelen zijn paarsgewijs symmetrisch ten opzichte van een Z=0 radiaal symmetrievlak van het spoelenstelsel gepositioneerd. Althans een deel van de axiaal meer naar buiten gelegen booggeleiders is nu door bogen 20 van de binnen spoel vervangen of beter gezegd gecompenseerd. Een daartoe geschikte schakeling wordt bijvoorbeeld gevormd door terugvoerbogen van compensatiespoelen in serie te schakelen met meer naar buiten gelegen booggeleiders van gradient spoelen. Het grote voordeel van deze opbouw is, dat het totaal opgeslagen vermogen in het spoelenstelsel 25 substantieel lager is en nagenoeg het niveau van een geïsoleerd opgesteld gradient spoelenstelsel kan benaderen. Hiermede is zowel het bezwaar van veldverstoringen, door wervelstromen, als het bezwaar van de hoge energie inhoud van het spoelenstelsel opgelost.

In een verdere voorkeursuitvoering is door gebruik te 30 maken van de vrijheid in positioneren van axiaal meer naaf buiten gelegen booggeleiders, aldaar van een grotere diameter voor de booggeleiders gekozen. Hierdoor is een betere bereikbaarheid van een in het apparaat opgenomen patient gerealiseerd, is het apparaat meer patiëntvriendelijk kan anderzijds aan meer centraal gelegen 35 booggeleiders een geringere diameter worden gegeven, waardoor een verdere energie winst kan worden geraliseerd. In het bijzonder kunnen daarbij meer centraal gelegen, substantieel tot de gewenste veldvorming 8701948 ·+, PHN 12.215 4 bijdragende booggeleiders via niet streng axiaal verlopende galvanische verbindingen zijn gekoppeld met meer a-centraal gelegen terugvoerbogen die zich over een cirkelomtrek met een grotere diameter uitstrekken. Vooral de terugvoerbogen behoeven niet streng cirkelvormig te verlopen, 5 maar daaraan kan ook een aangepaste mate van axiaal en radiaal verloop gegeven worden als dat voor de veldvorming, veldcompensatie of geometrie gewenst is.

In een verdere voorkeursuitvoering bevat het spoelenstelsel pakketten van axiaal of radiaal gestapelde booggeleiders 10 zoals meer uitvoerig beschreven in gelijktijdig met deze aanvrage op naam van aanvraagster ingediende Nederlandse octrooiaanvrage PHN ......

Aan de hand van de tekening zullen in het navolgende enkele voorkeursuitvoeringen volgens de uitvinding nader worden beschreven. In de tekening toont 15 Figuur 1 een magnetisch resonantie apparaat volgens de uitvinding;

Figuur 2 een schetsmatige weergave van een gradient-spoelensstelsel daarvoor in perspectief en;

Figuur 3 een doorsnede van een voorbeeld van een 20 dergelijk spoelenstelsel.

Een magnetisch resonantie apparaat, zoals weergegeven in Figuur 1, bevat een magneetstelsel 2 voor het opwekken van een stationair homogeen magneetveld, een magneetstelsel 4 voor het opwekken van magnetische gradientvelden, voedingsbronnen 6 en 8 voor 25 respectievelijk het magneetstelsel 2 en het magneetstelsel 4. Een magneetspoel 10 dienende voor het opwekken van een rf magnetisch wisselveld, is aangesloten op een radiofrequentbron 12. Voor detectie van, door het rf zendveld in een te onderzoeken object opgewekte magnetische resonantie signalen wordt hier gebruik gemaakt van een 30 oppervlaktespoel 13. Voor het uitlezen is de spoel 13 verbonden met een signaal versterker 14. De signaalversterker 14 is verbonden met een fasegevoelige gelijkrichter 16 die met een centrale besturingsinrichting 18 is verbonden. De centrale besturingsinrichting 18 stuurt verder een modulator 20 voor de radiofrequentbron 12, de voedingsbron 8 voor de 35 gradientspoelen en een monitor 22 voor beeldweergave. Een hoogfrequent oscilator 24 stuurt zowel de modulator 20 als de meetsignalen verwerkende fasegevoelige gelijkrichter 16. Voor eventuele koeling dient 870 1 94 8 V.

PHN 12.215 5 een koelinrichting 26 met koelleidingen 27. Een dergelijke koelinrichting kan uitgevoerd zijn als waterkoeling voor weerstandsspoelen of als een dewarstelsel voor gekoelde supergeleidende spoelen. De binnen de magneetstelsels 2 en 4 geplaatste zendspoel 10 5 omsluit een meetruimte 28 die bij een apparaat voor medisch diagnostische metingen voldoende ruimte biedt voor opname van patiënten. In de meetruimte 28 kunnen aldus een stationair magneetveld, gradientvelden voor positie selectie van af te beelden doorsneden en een ruimtelijk homogeen radiofrequent wisselveld worden opgewerkt.

10 Een gradient magneetstelsel 4 is gebruikelijk symmetrisch ten opzichte van een radiaal symmetrievlak 30, dat dus ook de meetruimte symmetrisch in tweeën deelt en door een punt Z=0 dwars op een Z-as van de magneetstelsel is gericht. Het door het stationair magneetstelsel opgewekte stationair magneetveld is hier langs de Z-as gericht. Een 15 gradient magneetstelsels in een magnetisch resonantie apparaat omvat gebuikelijk voor elk van de coördinaat richtingen een spoelenstelsel, door activering waarvan gradient velden in elk van die richtingen kunnen worden opgewekt en een puntsgewijze afbeelding van een object kan worden gevormd. Ook in een gradient spoelenstelsel volgens de uitvinding zijn 20 de spoelenstelsels voor de X- en de Y-gradient onderling gelijk en liggen over 90° ten opzichte van elkaar geroteerd.

Van een spoelenstelsel 4 voor een magnetisch resonantie apparaat zijn in Figuur 2 aan een zijde van het Z=0 symmetrievlak 30 X-gradient spoelen 40 en 42 weergegeven. Elk van deze spoelen die de 25 vorm van een zadelspoel hebben bevatten een aantal, niet afzonderlijk weergegeven booggeleiders 44 nabij het vlak 30 gelegen en een aantal booggeleiders 46 aan een van het Z=0 vlak afgekeerde zijde van het spoelenstelsel. Verder bevat elke spoel een aantal, de booggeleiders onderling verbindende axiale geleiders 48. Evenzo bevatten twee 30 Y-gradient spoelen 50 en 52 hier aan een tegenovergelegen zijde van het Z=0 vlak een aantal nabij het Z=0 vlak 30 gelegen booggeleiders 54, een aantal van het Z=0 vlak afgekeerd gelegen booggeleiders 56 en een aantal axiaal verlopende verbindingsgeleiders 58. De Y-gradient spoelen liggen ten opzichte van de X-gradient spoelene azimuthaal gezien 90° 35 geroteerd. Bedacht moet worden, dat aan weerszijden van het Z=0 vlak zowel X-gradient spoelen als Y-gradient spoelen liggen. Booggeleiders van beide spoelen voor X-gradient velden en voor Y-gradient velden 870 134 8: 4 » PHN 12.215 6 liggen gebruikelijk tenminste gedeeltelijk onderling geïnterlinieerd en kunnen verschillende booghoeken bestrijken.

Door plaatsen van terugvoerbogen op een cilindermantel met een grotere diameter kan het optreden van storende wervelstromen 5 worden gereduceerd. Van een compenserend spoelenstelsel zijn hier spoelen 70 en 72 met booggeleiders 74 en 76 respectievelijk booggeleiders 78 en 80 aagegeven. Zoals de meest centraal gelegen booggeleiders 44 en 54 het meest substantieel aan vorming van gewenste gradientvelden bijdragen, zo dragen ook voornamelijk centraal gelegen 10 booggeleiders 74 en 78 van de compenserende spoelen bij tot reductie van wervelstromen in het scherm 60. Doordat aldus de relatief veel wervelstroomvermogen opnemende schermen van het spoelenstelsel als beschreven in EP-A-216590 ontbreken is een beduidende winst in opgeslagen energie in het spoelenstelsel gerealiseerd. Hierdoor is 15 minder vermogen nodig voor het activeren van de spoelen en kan sneller geschakeld worden. Omdat de stroomrichting in overeenkomstige terugvoerbooggeleiders van de gradient spoelen en van de compenserende spoelen onderling tegengesteld is en de totaal terug te voeren stroom voor beide stelsels in orde grote gelijk is, kan ten opzichte van 20 afzonderlijke compensatiespoelen een verregaande compensatie worden gerealiseerd. In het bijzonder kunnen booggeleiders die niet wezenlijk tot het gradientveld bijdragen, althans voor een deel naar een grotere diameter verplaatst met, indien voor optimalisatie van veldvorming of compensatie gewenst, een aangepaste axiale positionering. Een voorbeeld 25 van een gewijzigde geometrie van het spoelenstelsel is aangegeven in Figuur 3, waar een axiale doorsnede van het stelsel is geschetst. Ook hier zijn de aan de hand van Figuur 2 genoemde booggeleiders 44, 46, 54 en 56 voor de gradientspoelen en booggeleiders 74, 76, 78 en 80 voor de compenserende spoelen aangegeven. Terugvoerbooggeleiders 100 kunnen nu 30 gezien worden als gradientspoelenbogen en als compenserende spoelenbogen.Aan deze booggeleiders kan een geometrisch gunstiger positie worden gegeven, bijvoorbeeld zoals aangegeven, een ten opzichte van de gradientspoelenbogen een grotere diameter met de reeds genoemde voordelen. Binnen het kader van de uitvinding kan een spoelenstelsel 35 worden samengesteld waarin meer centraal gelegen booggeleiders, die substantieel tot de gradientvelden bijdragen via niet streng axiaal, maar ook enigermate radiaal verlopende galvanische geleiders met 8701948 PHN 12.215 7 4 terugvoerbogen zijn gekoppeld die zich over een cilinderboog met een grotere straal uitstrekken. Vooral voor de terugvoerbogen geldt dat dit geen strenge cirkelvormige bogen behoeven te zijn. In praktische vormen daarvan kan binnen de boog ook een zekere axiale verplaatsing optreden, 5 ook dit weer voor aanpassing aan eisen van veldhomogeniteit, compensatie en geometrie. Zo kunnen geleiders op een binnencylinder manteloppervlak via min of meer radiaal verlopende verbindingen zijn doorverbonden met geleiders op een manteloppervlak van een cilinder met grotere diameter.

Meer naar buiten gelegen geleiders dragen, mogelijk slechts in geringe 10 mate, bij tot het gewenste gradientveld en compenseren strooivelden die anders naar buiten toe op zouden treden.

8701948

Claims

1. Magnetisch resonantie apparaat met een magneetstelsel voor het opwekken van een stationair magneetveld en een spoelenstelsel voor het opwekken van onderling loodrechte gradientvelden, met het kenmerk, dat terugvoerbooggeleiders van het gradient spoelenstelsel 5 zodanig in het spoelenstelsel zijn gelocaliseerd, dat daarmede strooivelden van effectief aan de vorming van de gradientvelden bijdragende booggeleiders worden gecompenseerd.

2. Magnetisch resonantie apparaat volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat dat terugvoerbooggleiders van het spoelenstelsel zich 10 uitstrekken over een cilindermantel oppervlak met een ten opzichte van de effecteive booggeleiders grotere diameter.

3. Magnetisch resonatie apparaat volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat effectieve booggeleiders van substantieel zadelvormige spoelen van X- en Y-gradient spoelen in het 15 spoelenstelsel in serie zijn geschakeld met zich over een grotere diameter uitstrekkende terugvoer booggeleiders.

4. Magnetisch resonantie apparaat volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat aan het meest van een symmetrievlak van het spoelenstelsel afgelegen booggeleiders een grotere 20 diameter is gegeven, en voor axiale uiteinden van een centrale spoelopening van het apparaat een daaraan aangepast conisch verloop heeft.

4 9 PHN 12.215 8

5. Magnetisch resonantie apparaat volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat een, axiaal gemeten, centraal gedeelte van het gradient 25 spoelenstelsel een kleinere diameter heeft.

6. Magnetisch resonantie apparaat volgens één der voorgaande conclusie, met het kenmerk, dat het gradient spoelenstelsel, in axialen richting tot pakketten samengebundelde substantieel ringvormige booggeleiders bevat.

7. Magnetisch resonantie opparaat volgens één der conclusies 1 tot 5, met het kenmerk, dat het gradient spoelenstelsel in radiale richting tot pakketten samengebundelde substantieel ringvormgie booggeleiders bevat.

8. Magnetisch resonantie apparaat volgens één der 35 voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat terugvoerbogen zich langs niet streng cirkelvormige bogen uitstrekken. > 8701948