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Die
Erfindung betrifft einen Erzeuger eines zeitvariablen Magnetfelds
eines Magnetresonanzgeräts,
das einen Untersuchungsraum zum Aufnehmen wenigstens eines zu untersuchenden
Bereichs eines Untersuchungsobjekts aufweist, in dem das zeitvariable
Magnetfeld erzeugt wird. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein
Magnetresonanzgerät
mit einem derartigen Erzeuger.
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Die
Magnetresonanztechnik ist eine bekannte Technik unter anderem zum
Gewinnen von Bildern eines Körperinneren
eines Untersuchungsobjekts. Dabei werden in einem Magnetresonanzgerät (MR-Gerät) einem
statischen Grundmagnetfeld B0, das von einem Grundfeldmagneten erzeugt
wird, schnell geschaltete magnetische Gradientenfelder überlagert,
welche mittels Gradientenspulen erzeugt werden. Zum Auslösen von
Magnetresonanzsignalen umfasst das Magnetresonanzgerät ferner
eine Hochfrequenzantenne (HF-Antenne), die HF-Signale, das so genannte
B1-Feld, in das
Untersuchungsobjekt einstrahlt. Mithilfe dieser Antenne oder weiterer
Lokalantennen können
die ausgelösten
Magnetresonanzsignale aufgenommen werden und zu Magnetresonanzbildern
verarbeitet werden. Das B1- und das HF-Feld werden allgemein durch
Ströme durch
einen Leiter erzeugt.
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Beispielsweise
aus der
US 6,433,550
B1 ist ein offenes Magnetresonanzgerät mit einem C-förmigen Grundfeldmagneten
bekannt, der an jeder der beiden Enden der C-Struktur beiderseits
eines in der Öffnung
der C-Struktur angeordneten Patientenaufnahmeraums des Magnetresonanzgeräts jeweils eine
Polplatte umfasst, zwischen denen wenigstens innerhalb des Patientenaufnahmeraums
das Grundmagnetfeld des Magnetresonanzgeräts erzeugbar ist. Ferner sind
an jeder der Polplatten in Richtung hin zum Patientenaufnahmeraum
im Wesentlichen planar ausgebildete Teile eines Gradientenspulensystems
und daran anschließend
ebenfalls im Wesentlichen planar ausgebildete Teile eines Antennensystems
des Magnetresonanzgeräts
angeordnet. Gradientenspulen für
vorgenanntes Gradientenspulensystem sind beispielsweise in der
DE 40 37 894 A1 und
DE 44 22 781 C1 näher beschrieben.
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Ferner
ist aus der
DE 42 32
884 A1 eine Antennenanordnung für ein Kernspinresonanzgerät bekannt,
bei dem ein Grundmagnetfeld zwischen zwei Polplatten aufgebaut wird.
An jeder Polplatte ist eine Teilantenne angeordnet, in die ein Hochfre-
quenzstrom eingespeist wird. Die Teilantennen bestehen aus einem
geschlossenen, geerdeten, der jeweiligen Polplatte zugewandten Schirm
und einer flächenhaften,
in Abstand zum Schirm und im Wesentlichen parallel zu diesem angeordneten
Leiterstruktur.
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Weiterhin
ist aus der
DE 42 32
884 A1 bekannt, dass man bei Polplattengrundfeldmagneten bestrebt
ist, den Polplattenabstand möglichst
klein zu halten, damit das Gewicht des Grundfeldmagneten klein bleibt
und eine bessere Grundmagnetfeldhomogenität erzielt wird. Aus diesem
Grund ist es vorteilhaft, alle Einbauten zwischen den Polplatten,
wie das Gradientenspulensystem, der Hochfrequenzschirm und die Antennenanordnung,
so flach wie möglich
zu halten. Andererseits ist für
einen hohen Wirkungsgrad der beschriebenen Antennenanordnung ein möglichst
großer
Abstand der Antennenanordnung zum Hochfrequenzschirm vorteilhaft.
Dies gilt insbesondere bei der Nutzung der Antennenanordnung zum
Empfangen von Magnetresonanzsignalen.
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Aus
DE 101 24 737 A1 ist
eine zirkulare planare Hochfrequenzantenne für offene Magnetresonanzgeräte bekannt.
Sie weist zwei beabstandete Systeme aus ebenen, auf einer Tragplatte
angeordneten Leitern für
einander kreuzende Ströme
auf. Die Leiter sind zur Abstimmung auf die gewünschte Resonanzfre quenz durch
auf Masse gelegte Abstimmkondensatoren an wenigstens einem Ende
kapazitiv verkürzt.
Auf jeder Tragplatte ist nur eine flächige Metallschicht angeordnet,
in die um 90° versetzt
die beiden wiederum um 90° phasenversetzten
Ströme
eingespeist werden. An der Einspeisungsstelle und der gegenüberliegenden
Seite sind Abstimmkondensatoren angeordnet.
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Da
allgemein bei Magnetresonanzanlagen der Platz innerhalb des homogenen
Grundmagnetfeldes B0 kostspielig und deswegen knapp ist, ist jeder Ansatz,
den verfügbaren
Raum minimal durch Einbauten zu belegen bzw. maximal für den Patienten
zu nutzen, von Vorteil.
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Eine
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Erzeuger und ein Magnetresonanzgerät mit einem
derartigen Erzeuger anzugeben, die einen möglichst kompakten Aufbau, d.h.
insbesondere eine niedrige Bauhöhe,
bei einer hohen Effizienz aufweisen.
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Die
erstgenannte Aufgabe bezogen auf den eingangs erwähnten Erzeuger
wird dadurch gelöst, dass
der Erzeuger
- – mindestens einen elektrischen
Leiter, der derart angeordnet ist, dass ein Stromfluss durch den
Leiter das Magnetfeld erzeugt,
- – einen
Feldrückflussraum
zum Schließen
von Magnetfeldlinien des Magnetfeldes und
- – mindestens
eine Baueinheit, die magnetisierbares Material aufweist, im Feldrückflussraum
angeordnet ist und eine Reduzierung einer magnetischen Energiedichte
im Feldrückflussraum
bewirkt, umfasst.
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Ein
Vorteil der Erfindung liegt darin, dass die Baueinheit mit dem magnetisierbaren
Material das Magnetfeld (H-Feld) beeinflusst, welches im Feldrückflussraum
vorliegt, wobei die magnetische Induktion (B-Feld) gleich bleibt.
Dies ermöglicht
ein effizientes Erzeugen eines Magnetfelds (B-Feld) im Untersuchungsraum,
da bei gleichem Strom durch den Erzeuger im Feldrückflussraum
ein geringeres H-Feld und somit eine geringere magnetische Energiedichte,
proportional zu H × B,
vorliegt. Dabei ist das H-Feld im Wesentlichen umgekehrt proportional zur
effektiven Permeabilität
des magnetisierbaren Materials, wobei unter effektiver Permeabilität diejenige
Permeabilität
zu verstehen ist, die dem gesamten Feldrückflussraum zugeordnet werden
kann. Somit kann beispielsweise mit weniger Strom in Gradientenleitern
das gleiche Magnetfeld erzeugt werden. Des Weiteren kann der Feldrückflussraum
bei gleicher Magnetfeldstärke
im Untersuchungsraum kleiner realisiert werden, als es ohne einer
derartige Baueinheit der Fall wäre.
Dies führt
zu kompakteren, kleineren und somit kostengünstigeren Aufbauten.
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Ein
weiterer Vorteil basiert darauf, dass aufgrund der Magnetisierung
ein reduziertes, ,wirkendes' Magnetfeld
vorliegt, d.h., es findet eine reduzierte magnetische Wechselwirkung
mit elektrischen Komponenten, die in der Nähe des Feldrückflussraums
angeordnet sind, statt.
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Aufgrund
des reduzierten H-Feldes treten in den angrenzenden elektrischen
Komponenten, beispielsweise im elektrischen Leiter, weniger ohmsche Verluste
aufgrund des zeitvariablen Magnetfeldes auf. Entsprechend kann das
zeitvariable Magnetfeld effizienter erzeugt werden, da weniger Strom
in der Gradientenspule fließen
muss. Auch aus diesem Grund kann der Feldrückflussraum bei gleicher Magnetfeldstärke im Untersuchungsraum
kleiner realisiert werden, als es ohne einer derartige Baueinheit der
Fall wäre.
Dies führt,
wie gesagt, zu kompakteren, kleineren und somit kostengünstigeren
Aufbauten.
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Bei
einem Magnetresonanzgerät
werden verschiedenste Arten von zeitvariablen Magnetfeldern erzeugt:
Beispielsweise werden Hochfrequenzfelder mithilfe einer Hochfrequenzantenneneinheit mit
einem Antennenleiter in den Untersuchungsraum eingestrahlt, um dort
befindliches Gewebe zur Emission von Magnetresonanzsignalen anzuregen.
Des Weiteren werden z.B. zur Ortscodierung des Untersuchungsraums
so genannte Gradientenfelder benötigt,
die eine Ortsabhängigkeit
des emittierten Magnetresonanzsignals hervorrufen. Ein derartiges
primäres
Gradientenfeld wird mithilfe einer primären Gradientenspule mit einem
Gradientenleiter erzeugt, durch den sehr starke Ströme fließen. Oft
wird zur Kompensation des primären
Gradientenfeldes außerhalb
des Untersuchungsraums eine sekundäre Gradientenspuleneinheit
mit einem Sekundärgradientenleiter
verwendet, wobei die sekundäre
Gradientenspuleneinheit üblicherweise
weiter vom Untersuchungsraum entfernt ist als die primäre Gradientenspuleneinheit.
Entsprechend ihrer Funktion sind die erwähnten Leiter meist unterschiedlich
ausgebildet und im Magnetresonanzgerät angeordnet.
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Ein
oder mehrere dieser Leiter können
einzeln oder gemeinsam Magnetfelder erzeugen, wobei die Erzeugung
mithilfe der Baueinheit effizienter ist als ohne, so dass, wie gesagt,
beispielsweise weniger Strom benötigt
und/oder mehr Platz aufgrund einer kompakteren, kleineren Bauweise
vorliegt. Die Magnetfelder im Feldrückflussraum bewirken Verluste,
beispielsweise durch induzierte Ströme im angrenzenden leitfähigen HF-Schirm.
Diese sind, da im Feldrückflussraum
die magnetische Energiedichte des Magnetfeldes meist größer ist
als im Untersuchungsraum, entsprechend groß und ihre Reduzierung mithilfe
der Baueinheit hat direkten Einfluss auf die Effizienz der Felderzeugung.
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Erfindungsgemäß ist eine
Baueinheit, die magnetisierbares Material aufweist, im Feldrückflussraum
angeordnet. Zusammenfassend bewirkt dies eine Reduzierung der magnetischen
Energiedichte im Feldrückflussraum
und somit beispielsweise geringere Gradientenströme und führt überdies zu weniger nachteiligen
Auswirkungen des Magnetfeldes im Feldrückflussraum auf die angrenzenden elektrischen
Komponenten.
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Die
zweitgenannte Aufgabe wird durch ein Magnetresonanzgerät mit einem
derartigen Erzeuger gelöst.
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Beispielsweise
basiert das Magnetresonanzgerät
auf einem C-förmigen Permanentmagneten
mit z.B. vertikalem Grundmagnetfeld. Das Grundmagnetfeld liegt zwischen
zwei gegenüberliegenden
Polplatten und ist im Untersuchungsraum des Magnetresonanzgeräts möglichst
homogen. Ist an jeder Polplatte ein erfindungsgemäßer Erzeuger
mit einer magnetisierten Baueinheit angeordnet, verringert sich der
effektiv wirkende Abstand zwischen den Polplatten um die Dicke der
Baueinheiten der Erzeuger. Diese effektive Verkürzung basiert auf der vollständigen oder
vorzugsweise bis zu einigen 100 mT noch nicht vollständig saturierten
Magnetisierung des magnetisierbaren Materials durch das Grundmagnetfeld,
d.h. der Abstand der Polplatten, der die Ausformung des Grundmagnetfeldes
bestimmt, wird durch die Baueinheit mit magnetisierbarem Material
verkürzt.
Dies bewirkt eine effizientere Grundmagnetfelderzeugung und hat
zusätzlich
eine positive Auswirkung auf die Homogenität und unter Umständen auf
die Stärke des
Grundmagnetfeldes. Dies basiert darauf, dass für den geschlossenen Verlauf
des Grundmagnetfelds der Luftspalt durch die Dicke des magnetisierbaren
Materials, welche im Wesentlichen durch die Dicke der Baueinheit
gegeben ist, verringert wird. Das Magnetresonanzgerät nach der
Erfindung ist kostengünstiger
in der Herstellung, da bei gleicher Qualität und Stärke des Grundmagnetfeldes geringere
Anforderungen an den Magneten gestellte werden.
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In
einer vorteilhaften Ausführungsform
des Erzeugers wird der Feldrückflussraum
im Wesentlichen durch einen Hochfrequenzschirm (HF-Schirm) begrenzt.
Dieser verhindert ein Eindringen des Hochfrequenzfeldes in den Grundfeldmagneten
oder in die Gradientenspuleneinheiten des Magnetresonanzgeräts. Im HF-Schirm werden aber
auch aufgrund der zeitvariablen Magnetfelder Ströme induziert, die zu ohmschen
Verlusten führen
und damit den Wirkungsgrad der HF-Emission oder der Gradientenfelderzeugung
verschlechtern. Die Ströme
im HF-Schirm werden erfindungsgemäß mithilfe der Baueinheit mit
magnetisierbarem Material reduziert.
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In
einer besonders vorteilhaften Ausführungsform des Erzeugers umfasst
die Baueinheit mehrere Segmente, die insbesondere zu einer flachen
Platte zusammensetzbar sind. Dies hat den Vorteil, dass bei der
Herstellung des Erzeugers die Baueinheit zerlegt in die Segmente
leicht in den Feldrückflussraum
eingebracht werden kann. Als magnetisierbares Material stehen ferri-
oder ferromagnetische Materialien zur Verfügung, beispielsweise Eisenpulver
oder Ferrit. Zur elektrischen Isolation ist das magnetisierbare
Material vorzugsweise von einem isolierenden Trägermaterial umgeben.
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In
einer besonders vorteilhaften Ausführungsform des Erzeugers liegen
zwei biplanare Gradientenspulen parallel zueinander. Sie sind von
einem Hochfrequenzschirm ummantelt, welcher im Bereich der primären Gradientenspule
als Antennenleiter der Hochfrequenzantenne wirkt. Der Feldrückflussraum
für die
Gradienten- und HF-Felder ist zwischen den biplanaren Gradientenspuleneinheiten
angeordnet. Eine derartig geschirmte primäre Gradientenspule ist ohne
Baueinheit mit magnetisierbarem Material nicht besonders effizient,
da aufgrund des geringen Abstandes der beiden Gradientenspuleneinheiten
eine hohe magnetische Energiedichte im Feldrückflussraum vorliegt. Erfindungsgemäß ist allerdings
die hohe magnetische Energiedichte 1/2 B × H mithilfe des magnetisierbaren
Materials in der Baueinheit reduziert. In dieser Ausführungsform
wird gleichzeitig der HF-Feldrückfluss
verbessert, da die Effizienz proportional zur wirksamen Permeabilität μ ist.
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Beispielsweise
ist die Baueinheit plattenförmig
ausgestaltet und wird vom HF- und Gradientenfeldern in ihrer langen
Ausdehnung und senkrecht dazu vom Grundmagnetfeld B0 magnetisiert.
Selbst bei vollständiger
Sättigung
ist wegen der immer noch möglichen
Drehung der Magnetisierung die wirksame Permeabilität μ wesentlich
größer als
1. Die im Feldrückflussraum gespeicherte
magnetische Feldenergie ist damit bei gleicher Dicke um einen Faktor μ kleiner
als im Fall eines mit Luft gefüllten
Feldrückflussraums
oder die Dicke des Feldrückflussraums, d.h.
der Abstand der biplanaren Gradientenspuleneinheiten kann um etwa – unter
Berücksichtigung
des unbeeinflussten Anteils der magnetischen Feldenergie im Patientenuntersuchungsraum – diesen
Faktor bei gleicher Gradientenfeldstärke im Untersuchungsraum verringert
werden.
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Ein
Erzeuger nach der Erfindung weist weniger ohmsche Verluste auf.
Er kann die Hochfrequenzeffizienz sowie die Gradientenspuleneffizienz verbessern
und zu einer effektiveren Grundmagnetfelderzeugung führen.
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Weitere
vorteilhafte Ausführungsformen
der Erfindung sind durch die Merkmale der Unteransprüche gekennzeichnet.
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Es
folgt die Erläuterung
von mehreren Ausführungsbeispielen
der Erfindung anhand der 1 und 2. Es zeigen
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1 schematisch
ein Magnetresonanzgerät
mit einem C-förmigen Grundfeldmagneten
und zwei Gradientenspulen-HF-Antenneneinheiten,
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2 eine
Hälfte
einer erfindungsgemäßen Gradientenspulen-Hochfrequenzantenneneinheit
mit einer Primär- und einer Sekundärgradientenspuleneinheit.
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1 zeigt
schematisch ein offenes Magnetresonanzgerät 1 zur medizinischen
Untersuchung von Patienten z.B. mittels MR-Tomographie oder MR-Spektroskopie in
einem Grundmagnetfeld B0, welches mit einem C-förmigen Grundfeldmagneten 3 erzeugt
wird. Das zeitlich konstante B0-Feld wird entsprechend des angegebenen
Koordinatensystems in Y-Richtung erzeugt und liegt z.B. in der Größenordnung
von 0,3 T. Schematisch dargestellt ist weiterhin eine Patientenliege 5 mit
der ein Patient 7 in den Untersuchungsbereich 9 eingebracht
werden kann.
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Der
Untersuchungsbereich 9 ist im Luftspalt zwischen zwei Polelementen 11A, 11B des
Grundfeldmagneten 3 angeordnet.
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Die
Polelemente 11A, 11B weisen z.B. Magnetantriebe
auf. An die Polelemente 11A, 11B angepasste Gradientenspulen-HF-Antenneneinheiten 13A, 13B erzeugen
im Untersuchungsbereich 9 einerseits Gradientenfelder GZ
und andererseits B1-Hochfrequenzfelder, die senkrecht zum Grundmagnetfeld
B0 ausgerichtet sind. Als Beispiel sind Magnetfeldlinien eines Gradientenfeldes
GZ in Z-Richtung in der 1 angedeutet. Aufgrund der Zylindersymmetrie
ergibt sich ein ähnliches
Feld in X-Richtung. Ein entsprechender Gradientenfeldverlauf in
Z-Richtung ist in 2 angedeutet.
Die Gradientenspulen-HF-Antenneneinheiten 13A, 13B ermöglichen
z.B. eine ortsaufgelöste
MR-Bildaufnahme und entsprechen den erfindungsgemäßen Erzeugern
eines zeitvariablen Magnetfeldes in mehrfacher Weise, da sie verschiedenste
Leiter zur Erzeugung zeitvariabler Magnetfelder aufweisen, z.B.
Antennenleiter zur Erzeugung des HF-Feldes sowie Gradientenleiter
für die
Erzeugung von Gradientenmagnetfeldern in einer oder in mehreren
Richtungen.
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Die
Polelemente 11A, 11B und damit auch die Gradientenspulen-HF-Antenneneinheiten 13A, 13B haben
beispielsweise einen Durchmesser in der Größenordnung von 50 cm, 80 cm,
100 cm oder größer 100
cm. Der Luftspalt wird aufgrund des magnetisierbaren Materials in
erfindungsgemäßen Baueinheit
der Gradientenspulen-HF-Antenneneinheiten 13A, 13B verkürzt.
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Die 2 zeigt
als ein Ausführungsbeispiel der
Erfindung einen in etwa mittigen Längsschnitt durch eine perspektivisch
dargestellte Hälfte
einer Gradientenspulen-HF-Antenneneinheit 13C, welche besonders
vorteilhaft mit einem offenen MR-Gerät, wie es in 1 skizziert
ist, verwendet werden kann. Beispielsweise kann die dargestellte
Gradientenspulen-HF-Antenneneinheit 13C an dem unteren
Polelement 11B des C-förmigen
Grundfeldmagneten 3 des Magnetresonanzgeräts 1 aus 1 und
eine weitere um 180° gedrehte,
identische Gradientenspu len-HF-Antenneneinheiten an dem oberen Polelement 11A eingesetzt
werden.
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Die
dargestellte Gradientenspulen-HF-Antenneneinheiten 13C umfasst
einen scheibenförmigen
Bereich 14A und einen ringförmigen Bereich 14B,
in denen elektrische Leiter der primären Gradientenspuleneinheit 15 mit
Gradientenspulen 15A, ...15C' für die drei Raumachsen angeordnet
sind. Die Dicke der Primärgradientenspuleneinheit 15 liegt
in der Größenordnung
von 2 cm. Zwischen dem scheibenförmigen
Bereich 14A und dem ringförmigen Bereich 14B erstreckt
sich ein ringförmiger
Freiraum 16. Dieser fungiert als Öffnung und Zugang für einen
dahinter liegenden, bezüglich
des ringförmigen
Freiraums 16 eine Hinterschneidung ausbildenden, ringförmigen Feldrückflussraum 17.
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Des
Weiteren sind die Bereiche 14A und 14B von einem
Hochfrequenzschirm 19 großteils ummantelt sowie der
Feldrückflussraum 17 vom Hochfrequenzschirm 19 ausgekleidet.
Der Hochfrequenzschirm 19 kann in bekannter Weise beispielsweise
mehrere Lagen einer elektrisch leitfähigen Folie umfassen und mit
kapazitiv überbrückten Schlitzen
ausgebildet sein. Die Dicke der als Hochfrequenzschirm 19 fungierenden
Leiter liegt z.B. in der Größenordnung
von 15 μm.
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Bereiche
des Hochfrequenzschirms 19 sind Teil einer Hochfrequenzantenne,
mit der ein z.B. um die Richtung des Grundmagnetfelds B0 rotierendes Hochfrequenzfeld
B1 erzeugt werden kann und mit dem Magnetresonanzsignale
empfangen werden können.
So bildet im Wesentlichen der den Feldrückflussraum 17 auskleidende
Teil des HF-Schirms 19 den Resonator der HF-Antenne. Der
ringförmige Freiraum 16 wird
zusätzlich
mit speichenförmig
angeordneten Resonatorelementen 21 überbrückt, die z.B. Längskondensatoren
umfassen, ein Abstimmen einer Resonanzfrequenz sowie ein Einspeisen
und Auslesen von HF-Signalen ermöglichen.
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Wird
beispielsweise ein Hochfrequenzsignal einer Hochfrequenzquelle eingespeist,
so bildet sich im Resonator der HF-Antenne beispielsweise auf dem die Primärspuleneinheit
umgebenden Teil des HF-Schirms 19 ein Spannungsverlauf
aus, der von +U am einspeisenden Kondensator auf -U am gegenüberliegenden
Kondensator fällt.
Auf dem bezüglich des
Feldrückflussraums 17 gegenüberliegenden
Teil des HF-Schirms 19 ist der Spannungsverlauf entsprechend
von +U am gegenüberliegenden
Kondensator auf -U am (einspeisenden) Kondensator. Dieser Spannungsverlauf
bewirkt einen Strom entlang des HF-Schrims 19, der aufgrund
der geometrischen Relation in zueinander entgegengesetzten Richtungen fließt, so dass
sich die Ströme
anziehen und der Strom im die Primärgradientenspuleneinheit ummantelnden
Teil des HF-Schrims 19 im Wesentlichen auf der Seite des
Feldrückflussraums 17 fließt. Der
Abstand der Ströme
von ca. 2–3
cm führt
zu einem ausreichend großen
Hochfrequenzmagnetfeld B1 im Untersuchungsbereich 9A, wobei
sich die Magnetfeldlinien durch den Feldrückflussraum 17 schließen.
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Für einen
exemplarischen Zeitpunkt ist in
2 eine Feldlinie
23 des
Hochfrequenzfeldes B1 dargestellt, die sich vom Untersuchungsbereich
ausgehend durch den ringförmigen
Freiraum
16 und den Feldrückflussraum
17 schließt. Der
Feldrückflussraum
17 wird
dabei mehrfach genutzt, da sich in ihm sowohl die Feldlinien des
Hochfrequenzfeldes B1 als auch Feldlinien der von den Gradientenspulen
15,
31 erzeugten
Gradientenfelder schließen.
Die Wirkungsweise eines plattenförmigen
zirkularen planaren Hochfrequenzantennensystems ist ausführlich im eingangs
erwähnten
Dokument
DE 101 24
737 A1 beschrieben.
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Die
Primärgradientenspuleneinheit 15 kann eine
beliebige Form aufweisen. Die Ausbildung der Primärgradientenspuleneinheit 15 als
kreisförmige Platte,
wie in 2 dargestellt, hat den Vorteil, dass diese ideal
an den Bereich des homogensten B0-Feldverlaufs anpassbar ist. Der
Erzeuger 13C umfasst des Weiteren einen scheibenförmigen Bereich,
in dem Leiter der zu den Gradientenspulen zugehörigen Schirmspulen (sekundäre Gradientenspuleneinheit 31)
angeordnet sind.
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Wird
eine Gradientenspule der Primärgradientenspuleneinheit 15 bestromt,
so bilden sich ein Gradientenmagnetfeld aus, das sich mit dem Grundmagnetfeld
B0 innerhalb des Untersuchungsbereichs 9A in der jeweiligen
Raumrichtung überlagert.
Als Beispiel wurde in der 2 das Gradientenfeld
GY, das einen Feldgradienten in Y-Richtung erzeugt, schematisch
angedeutet. Wird gleichzeitig die entsprechende Gradientenspule
der sekundären
Gradientenspuleneinheit 31 bestromt, so kompensiert dies im
Wesentlichen das Gradientenfeld der Primärgradientenspuleneinheit 15 außerhalb
des Untersuchungsbereichs 9A. Die Magnetfeldlinien der
Gradientenfelder der Gradientenspuleneinheiten 15, 31 schließen sich
ebenfalls durch den Feldrückflussraum 17.
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Allerdings
liegt aufgrund der Geometrie der Anordnung und bei üblichen
Gradientenmagnetfeldern in der Größenordnung von einigen mT bzw. Hochfrequenzfeldern
in der Größenordnung
von einigen zehn μT
im Feldrückflussraum 17 eine
magnetische Energiedichte vor, die zu Wechselwirkungen mit dem Hochfrequenzschirm 19 z.B.
mit ohmschen Verlusten führt.
Erfindungsgemäß ist deswegen
zur Reduzierung der magnetischen Energiedichte des HF-Feldes und/oder
des primären
und/oder des sekundären
Gradientenfeldes eine Baueinheit 27 im Feldrückflussraum 17 angeordnet,
die magnetisierbares Material enthält.
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Aufgrund
ihrer geringen Verluste ist die Verwendung nicht leitender Materialien,
wie Ferrit (z.B. den SIFERRIT Werkstoff K1, siehe „Ferrite – Weichmagnetische
SIFERRIT Materialien",
Datenbuch 1986/1987) oder Eisenpulver in isolierendem Trägermaterial
(z.B. Kunststoff) als magnetisierbares Material besonders vorteilhaft.
SIFERRIT K1 weist beispielsweise eine relative Permeabilität von μr =
80 und eine Saturierungsfeldstärke
von 300 mT für
Frequenzen bis ca. 12 MHz auf.
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Vorzugsweise
werden magnetisch weiche Materialien mit einer schmalen Hysterese
in der Baueinheit verwendet. Dabei sind das Gegenfeld und die Remanenzmagnetisierung
möglichst
klein, so dass bei der Umpolung des Magnetfelds im magnetisierbaren
Material möglichst
wenig Verlustenergie aufzuwenden ist.
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Die
magnetische Energiedichte ist proportional zum Produkt von B-Feld
und H-Feld. Entsprechend ist die magnetische Energiedichte im Vakuum im
Vergleich zur magnetischen Energiedichte im magnetisierbaren Material
um einen Faktor μ größer, wobei μ die relative
Permeabilität
ist. Bei gleichem Volumen ist im Material die Feldenergie um einen Faktor μ–1 kleiner,
da B konstant ist und das H-Feld proportional B/μ ist, so dass erheblich weniger
Energie zur Umpolung benötigt
wird. Für
gepulvertes Eisenmaterial ist die relative Permeabilität μ im Bereich von
3 bis 100 und z.B. für
Ferrite, die für
im Bereich von 10 MHz geeignet sind, wie sie z.B. bei einem Grundmagnetfeld
B0 von ca. 0,3 T vorliegen, liegt sie z.B. in der Größenordnung
von 100.
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Mithilfe
der Baueinheit 27 wird das mit dem HF-Schirm 19 wechselwirkende
Magnetfeld im Feldrückflussraum
in Abhängigkeit
von der Permeabilität μ des magnetisierbaren
Materials reduziert und die Effizienz der HF-Antenne und der Gradientenspulen
gesteigert. So kann beispielsweise die Hochfrequenzerzeugung um
einen Faktor in der Größenordnung
von 3 im Vergleich zu einem mit Luft gefüllten Feldrückflussraum
erhöht
werden. Dies kann zur Erzeugung stärkerer Magnetresonanzsignale
und/oder für
einen kompakteren, insbesondere dünneren, Aufbau genutzt werden.
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Des
Weiteren kann die Baueinheit zur Stabilisierung der Gradientenspulen-HF-Antenneneinheit 13C verwendet
werden. Je nach Ausführungsform kann
die Baueinheit in ihren Ausmaßen
an den Feldrückflussraum
angepasst sein. Beispielsweise kann sie in mehrere Segmente unterteilt
sein und so eine bessere Handhabung z.B. beim Einbau ermöglichen.
In 2 könnte
die Baueinheit aus zwei halbkreisförmigen oder mehreren kreissektorförmigen Platten
zusammensetzbar sein.
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Der übrige Bereich
des Erzeugers 13C steht unter anderem zur Aufnahme von
Teilen eines Shim-Systems und/oder eines Kühlsystems des Erzeugers zur
Verfügung.
Insbesondere ein stielartiger Bereich 25 ist dazu genutzt,
Zuleitungen zu den im scheibenförmigen
Bereich 14A angeordneten Leitern der Gradientenspulen und
auch zu darin angeordneten Teilen des Kühlsystems zu führen. Dies
ist aufgrund der ummantelnden Ausbildung des HF-Schirms 19 ohne
die Notwendigkeit von Hochfrequenzdurchführungen möglich.