DE10032836C1 - Magnetresonanzgerät mit einem Gradientenspulensystem - Google Patents

Abstract

Ein Magnetresonanzgerät umfasst ein Gradientenspulensystem (2), das wenigstens eine flexible und wärmeleitende Dämpferstruktur (34), die eine flexible Matrix (36) und wärmeleitfähige partikelförmige Füllstoffe (38) beinhaltet, umfasst und bei dem wenigstens Teile (32) einer Kühleinrichtung des Gradientenspulensystems (2) innerhalb der Dämpferstruktur (34) angeordnet sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein Magnetresonanzgerät mit einem Gra­ dientenspulensystem.

Zum Erzeugen von Bildern eines Körperinneren eines Untersu­ chungsobjekts umfasst ein Magnetresonanzgerät unter anderem ein Grundfeldmagnetsystem zum Erzeugen eines statischen Grundmagnetfeldes sowie ein Gradientenspulensystem zum Erzeu­ gen schnell geschalteter Gradientenfelder. Dabei fließen in Gradientenspulen des Gradientenspulensystems Ströme, deren Amplituden mehrere 100 A erreichen und die häufigen und ra­ schen Wechseln der Stromrichtung mit Anstiegs- und Abfallra­ ten von mehreren 100 kA/s unterliegen. Diese Ströme verursa­ chen bei vorhandenem Grundmagnetfeld von größenordnungsmäßig 1 Tesla aufgrund von Lorentzkräften Schwingungen des Gradien­ tenspulensystems.

Diese Schwingungen werden über verschiedene Ausbreitungswege an die gesamte Oberfläche des Magnetresonanzgeräts übertra­ gen. Die Mechanikschwingungen der verschiedenen Oberflächen­ bereiche werden in Abhängigkeit von deren Oberflächenschnelle in Schallschwingungen übertragen, die letztendlich die be­ kannten Lärmemissionen verursachen.

Beispielsweise in der DE 197 22 211 A1 ist ein Aufbau eines hohlzylinderförmigen Gradientenspulensystems mit Abschirmspu­ len dargestellt. Dabei umfasst das Gradientenspulensystem von innen nach außen folgende Elemente, die in konzentrisch zu­ einander angeordneten hohlzylinderförmigen Bereichen ausge­ bildet sind: Eine erste transversale Gradientenspule, eine zweite transversale Gradientenspule, eine erste Kühleinrich­ tung, eine longitudinale Gradientenspule, eine Shim-Bau­ gruppe, eine zweite Kühleinrichtung, eine longitudinale Ab­ schirmspule, eine erste transversale Abschirmspule und eine zweite transversale Abschirmspule. Dabei werden vorgenannte Elemente in einem Arbeitsgang zu dem Gradientenspulensystem vergossen. Vorgenannte Kühleinrichtungen sind dabei bei­ spielsweise gemäß der DE 197 21 985 A1 ausgeführt.

Des weiteren ist eine Reihe von passiven und aktiven Lärmmin­ derungsmaßnahmen bei Magnetresonanzgeräten bekannt. Zu den bekannten passiven Lärmminderungsmaßnahmen zählen beispiels­ weise ein Anbringen von schalldämpfenden Schaumstoffen in Verkleidungsteilen zum Gradientenspulensystem hin und/oder ein Anordnen von flexiblen Schichten an und/oder im Gradien­ tenspulensystem. Dazu wird beispielhaft auf die US 4,954,781 verwiesen.

In der DE 197 33 742 C1 ist ferner ein Verfahren zur Lärmmin­ derung beim Betrieb einer Gradientenspule eines Magnetreso­ nanzgeräts beschrieben, bei dem die Gradientenspule zumindest zum Teil mit einem Reaktionsharzformstoff verbunden ist und der Reaktionsharzformstoff bei Betrieb der Gradientenspule auf einer Temperatur gehalten wird, die im Bereich der Glas­ übergangstemperatur des Reaktionsharzformstoffes liegt. Dabei wird das Halten auf der Temperatur beispielsweise durch ein entsprechendes Regeln eines mit der Gradientenspule verbunde­ nen Kühlsystems, beispielsweise eines Wasserkühlsystems, be­ werkstelligt.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Magnetresonanzgerät mit einem verbesserten Gradientenspulensystem zu schaffen, das insbesondere geringe Lärmemissionswerte aufweist.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Gemäß dem Anspruch 1 umfasst ein Gradientenspulensystem eines Magnetresonanzgeräts wenigstens eine flexible und wärmeleit­ fähige Dämpferstruktur, die eine flexible Matrix und wärmeleitfähige partikelförmige Füllstoffe beinhaltet, und wenigs­ tens Teile einer Kühleinrichtung des Gradientenspulensystems sind innerhalb der Dämpferstruktur angeordnet. Dabei besitzt die Dämpferstruktur im Kraft-Verformungs-Diagramm eine Hyste­ reseschleife, deren umschlossene Fläche so groß ist, dass die Dämpferstruktur viel Schwingungsenergie des Gradientenspulen­ systems absorbiert. Weil die Dämpferstruktur in unmittelbarer räumlicher Nähe zu den Gradientenspulen angeordnet ist, sind Schwingungen der Gradientenspulen unmittelbar am Verursa­ chungsort dämpfbar. Dadurch ist eine Dämpfungswirkung ent­ sprechend groß und ein Ausbreiten von Schwingungen über das gesamte Gerät wird weitgehend verhindert. Durch Anordnung wenigstens von Teilen wenigstens einer Kühleinrichtung des Gradientenspulensystems innerhalb der flexiblen und wärme­ leitfähigen Dämpferstruktur wird sowohl das Kühlen als auch das Schwingungsdämpfen der Gradientenspulen von einer platz­ effizienten Kombinationsbaugruppe bewerkstelligt. Dabei weist die Dämpferstruktur eine hohe Wärmeleitfähigkeit auf, so dass eine effiziente Abfuhr von Abwärme, die in den Gradientenspu­ len bei deren Betrieb entsteht, durch die Kühleinrichtung über die Dämpferstruktur hinweg sichergestellt ist. Dazu um­ fasst die Dämpferstruktur neben der flexiblen Matrix wärme­ leitfähige anorganische partikelförmige Füllstoffe, die in der Matrix eingelagert sind.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus dem im folgenden beschriebenen Ausführungs­ beispiel anhand der Zeichnung.

Die Figur zeigt als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung einen Querschnitt durch ein hohlzylinderförmiges Gradienten­ spulensystem 2 eines Magnetresonanzgeräts. Dabei umfasst das Gradientenspulensystem 2 von innen nach außen folgende Bau­ gruppen: Eine erste transversale Gradientenspule 12, eine zweite transversale Gradientenspule 14, eine Dämpfer- und Kühlbaugruppe 30a, bei der Kühlleitungen 32 einer Kühlein­ richtung in einer hochflexiblen und gut wärmeleitfähigen Dämpferstruktur 34 eingebettet sind, eine longitudinale Gra­ dientenspule 16, eine Shim-Baugruppe 18, eine weitere Dämp­ fer- und Kühlbaugruppe 30b, eine longitudinale Abschirmspule 22 bezüglich der longitudinalen Gradientenspule 16, eine ers­ te transversale Abschirmspule 24 bezüglich der ersten trans­ versalen Gradientenspule 12 und eine zweite transversale Ab­ schirmspule 26 bezüglich der zweiten transversalen Gradien­ tenspule 14. Dabei wird das Gradientenspulensystem 2 nach einem Verfahren der bereits eingangs zitierten DE 197 22 211 A1 hergestellt, bei dem alle vorgenannten Baugruppen 12 bis 30b zusammen in einer Vergussform angeordnet werden und zu­ sammen zum Gradientenspulensystem 2 vergossen werden.

Die Dämpferstruktur 34 umfasst eine flexible Matrix 36 aus einem Kunststoff, in den hoch wärmeleitfähige partikelförmige Füllstoffe 38 eingelagert sind. Die Kunststoffmatrix 36 weist einen Einsatztemperaturbereich von ca. 25 bis 70°C auf. Die Dämpferstruktur 34 weist eine Wärmeleitfähigkeit im Bereich von ca. 0,5 bis 2 W/(m.K) auf, bevorzugt im Bereich von ca. 0,8 bis 1,5 W/(m.K). Ferner ist die Kunststoffmatrix 36 in fließfähiger Form als Gießharz verarbeitbar und nach einem Gießen zu einem elastischen Kunststoff vernetzbar. Dabei um­ fasst die Kunststoffmatrix 36 beispielsweise eine Epoxid- oder Polyurethanbasis. Die Flexibilität der Kunststoffmatrix 36 ist beim Einsatztemperaturbereich von ca. 25 bis 70°C durch eine Auswahl strukturell geeigneter Reaktionspartner oder zusätzlicher Flexibilisatoren eingestellt. Dabei ist die Flexibilität der Kunststoffmatrix 36 insbesondere durch die Flexibilität der Grundstrukturen des Gießharzes, durch die Länge der Moleküle des Gießharzes und/oder durch die Anzahl reaktiver Gruppen je Molekül des Gießharzes einstellbar. Be­ sonders geeignet sind aliphatische Grundstrukturen und/oder lange Molekülketten sowie Molekülketten mit einer vergleichs­ weise geringen Anzahl reaktiver Gruppen je Molekül.

Eine hohe Wärmeleitfähigkeit der Dämpferstruktur 34 ist durch das Einlagern hoch wärmeleitfähiger partikelförmiger Füll­ stoffe 38 in die Kunststoffmatrix 36 sichergestellt. Die par­ tikelförmigen Füllstoffe 38 bestehen bevorzugt aus Materia­ lien, die für sich eine Wärmeleitfähigkeit von größer ca. 5 W/(m.K) besitzen. Im Hinblick auf eine hohe elektromagneti­ sche Verträglichkeit beim Einsatz im Magnetresonanzgerät sind die Füllstoffe 38 nicht ferromagnetisch und weisen eine ge­ ringe elektrische Leitfähigkeit bzw. einen hohen spezifischen Durchgangswiderstand auf. Dabei umfassen die Füllstoffe 38 Quarz, Aluminiumoxid, Siliziumkarbid, Aluminiumnitrid, Bor­ nitrid und/oder Zinksulfid. Falls für einen Betrieb des Mag­ netresonanzgeräts eine elektrische Leitfähigkeit bzw. ein geringer spezifischer Durchgangswiderstand der partikelförmi­ gen Füllstoffe 38 tolerierbar ist, sind auch partikelförmige Metalle, wie Aluminium, Kupfer oder Messing verwendbar. Die Partikelgröße der Füllstoffe 38 liegt im Bereich von ca. 0,1 µm bis 1 mm, bevorzugt im Bereich von ca. 1 bis 300 µm.

Eine Kühleinrichtung der ebenfalls bereits eingangs zitierten DE 197 21 985 A1 bildet die Grundlage für die Dämpfer- und Kühlbaugruppen 30a und 30b. Dabei ist vorgenannte Kühlein­ richtung entsprechend nachfolgender Beschreibung um die Dämp­ ferstruktur 34 zur Dämpfer- und Kühlbaugruppe 30a oder 30b ergänzt. Die Kühleinrichtung der DE 197 21 985 A1 umfasst einen ebenen flexiblen Träger, auf dem flexible Kühlleitungen 32 für ein Kühlmedium flexibel angeordnet sind. Dabei ist die Kühleinrichtung derart flexibel, dass sie um die hohlzylin­ derförmige zweite transversale Gradientenspule 14 herum ange­ ordnet werden kann. Vor einem Anbringen an der Gradientenspu­ le 14 wird die Kühleinrichtung um die Dämpferstruktur 34 er­ gänzt, die in einer gießfähigen Form eingebracht wird. Dazu wird der ebene flexible Träger um seitliche Formwände, bevor­ zugt aus elastischen Stegen ergänzt, die auf den flexiblen Träger geklebt werden und in der Dämpfer- und Kühlbaugruppe 30a oder 30b verbleiben. Beim Vergießen dient der flexible Träger der Kühleinrichtung als unteres Formteil. Eine Höhe der seitlichen Formwände ist derart gewählt, dass nach dem Vergießen die Kühlleitungen 32 je nach zu erzielender schwin­ gungsdämpfender Wirkung wenigstens teilweise bis hin zu voll­ ständig in der Dämpferstruktur 34 eingebettet sind.

Zum Vergießen werden zunächst zwei die Kunststoffmatrix 36 bildende Komponenten, eine Harz- und eine Härtekomponente, getrennt voneinander mit den partikelförmigen Füllstoffen 38 versetzt und die beiden erhaltenen Mischungen unter Rühren und Vakuum und gegebenenfalls bei erhöhter Temperatur homoge­ nisiert und entgast. Anschließend werden die beiden Mischun­ gen im richtigen Verhältnis, vorzugsweise unter Vakuum zu einer gießfähigen Masse vermischt. Dabei kann das Vermischen der beiden Mischungen in einem kontinuierlichen Prozess über einen statischen Mischer oder im diskontinuierlichen Batchbetrieb erfolgen. Die mit den Formwänden versehene Kühlein­ richtung wird mit der gießfähigen Masse vergossen. Dabei be­ trägt eine Vergusstemperatur in Abhängigkeit von einer Fließ­ fähigkeit der Masse ca. 20 bis 80°C. Eine Aushärtung der Mas­ se zur Dämpferstruktur 34 erfolgt in Abhängigkeit von einer Reaktivität der Masse in einem Temperaturbereich, beginnend bei Raumtemperatur bis hin zu ca. 120°C.

Claims (12)

1. Magnetresonanzgerät mit einem Gradientenspulensystem (2), wobei
das Gradientenspulensystem (2) wenigstens eine flexible und wärmeleitfähige Dämpferstruktur (34) umfasst,
die Dämpferstruktur (34) eine flexible Matrix (36) und wär­ meleitfähige partikelförmige Füllstoffe (38) beinhaltet und
wenigstens Teile (32) einer Kühleinrichtung des Gradienten­ spulensystems (2) innerhalb der Dämpferstruktur (34) ange­ ordnet sind.

2. Magnetresonanzgerät nach Anspruch 1, wobei die Dämpfer­ struktur (34) zwischen einer transversalen (14) und einer longitudinalen Gradientenspule (16) des Gradientenspulensys­ tems (2) angeordnet ist.

3. Magnetresonanzgerät nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei das Gradientenspulensystem (2) hohlzylinderförmig ausgebildet ist.

4. Magnetresonanzgerät nach Anspruch 3, wobei die Dämpfer­ struktur (34) hohlzylinderförmig ausgebildet ist.

5. Magnetresonanzgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Dämpferstruktur (34) eine Wärmeleitfähigkeit im Bereich von etwa 0,5 bis 2 W/(m.K) aufweist.

6. Magnetresonanzgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Füllstoffe (38) in die Matrix (36) eingelagert sind.

7. Magnetresonanzgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Matrix (36) einen Gießharzwerkstoff umfasst.

8. Magnetresonanzgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Matrix (36) eine Epoxid- und/oder Polyurethanba­ sis aufweist.

9. Magnetresonanzgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Füllstoffe (38) einen Durchmesser zwischen etwa 0,1 µm bis 1 mm aufweisen.

10. Magnetresonanzgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Füllstoffe (38) eine Wärmeleitfähigkeit größer etwa 5 W/(m.K) aufweisen.

11. Magnetresonanzgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Füllstoffe (38) Quarz, Aluminiumoxid, Silizium­ carbid, Aluminiumnitrid, Bromnitrid und/oder Zinksulfid um­ fassen.

12. Magnetresonanzgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die Füllstoffe (38) ein Metall, insbesondere Alumi­ nium, Kupfer und/oder Messing, umfassen.