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Die
Erfindung betrifft einen Erzeuger zeitvariabler Magnetfelder eines
Magnetresonanzgeräts mit
wenigstens einer Gradientenspule, wobei Leiter der Gradientenspule
sich im Wesentlichen im Bereich eines Hohlzylinders erstrecken und
wobei die Gradientenspule hinsichtlich einer axialen Ausdehnung
des Hohlzylinders in einem Mittenbereich frei von Leitern ausgebildet
ist, und 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 einem statischen
Grundmagnetfeld, das von einem Grundfeldmagneten erzeugt wird, schnell
geschaltete Gradientenfelder überlagert,
die von einem Gradientenspulensystem erzeugt werden. Ferner umfasst
das Magnetresonanzgerät
ein Hochfrequenzsystem, das zum Auslösen von Magnetresonanzsignalen
Hochfrequenzsignale in das Untersuchungsobjekt einstrahlt und die
ausgelösten
Magnetresonanzsignale aufnimmt, auf deren Basis Magnetresonanzbilder
erstellt werden.
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Zum
Erzeugen von Gradientenfeldern sind in Gradientenspulen des Gradientenspulensystems entsprechende
Ströme
einzustellen. Dabei betragen die Amplituden der erforderlichen Ströme bis zu
mehreren 100 A. Die Stromanstiegs- und -abfallraten betragen bis
zu mehreren 100 kA/s. Da das Gradientenspulensystem ist in der Regel
von elektrisch leitfähigen
Strukturen umgeben ist, werden in diesen durch die geschalteten
Gradientenfelder Wirbelströme
induziert. Beispiele für
derartige leitfähige
Strukturen sind der Vakuumbehälter
und/oder die Kälteschilde eines
supraleitenden Grundfeldmagneten. Die mit den Wirbelströmen einhergehenden
Felder sind unerwünscht, weil
sie die Gradientenfelder ohne gegensteuernde Maßnahmen schwächen und
in ihrem zeitlichen Verlauf verzerren, was zur Beeinträchtigung der
Qualität
von Magnetresonanzbildern führt.
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Das
Verzerren eines Gradientenfeldes infolge der Wirbelstromfelder kann
bis zu einem gewissen Grad durch ein entsprechendes Vorverzerren
einer das Gradientenfeld steuernden Größe kompensiert werden. Durch
einen Einsatz eines aktiv geschirmten Gradientenspulensystems sind
ferner die auf einer vorgebbaren Hüllfläche, die beispielsweise durch
einen inneren Zylindermantel eines 80-K-Kälteschilds des supraleitenden
Grundfeldmagneten verläuft, durch
die bestromten Gradientenspulen induzierten Wirbelströme reduzierbar.
Eine zur Gradientenspule zugehörige
Gradientenschirmspule weist dabei in der Regel eine geringere Windungsanzahl
als die Gradientenspule auf und ist mit der Gradientenspule derart verschaltet,
dass die Gradientenschirmspule vom gleichen Strom wie die Gradientenspule,
allerdings in entgegengesetzter Richtung durchflossen wird. Die Gradientenschirmspule
wirkt dabei auf das Gradientenfeld im Abbildungsvolumen schwächend.
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Aus
DE 34 45 724 A1 ist
des Weiteren bekannt, zur Beseitigung einer magnetischen Kopplung zwischen
einer HF-Spule und einer Gradientenfeldspule z. B. Abschirmungsschichten
auf beiden Seiten der Gradientenfeldspule anzuordnen.
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Aus
der
DE 44 14 371 A1 ist
ein Magnetresonanzgerät
bekannt, bei dem zwischen einer Hochfrequenzantenne und einem Gradientenspulensystem des
Magnetresonanzgeräts
ein Hochfrequenzschirm angeordnet ist, der so ausgebildet ist, dass
er für
die vom Gradientenspulensystem erzeugten elektromagnetischen Felder
im Niederfrequenzbereich durchlässig
und für
die von der Hochfrequenzantenne erzeugten Felder im Hochfrequenzbereich
undurchlässig
ist. Dabei umfasst der Hochfrequenzschirm eine erste und dazu eine
gegenüberliegend
angeordnete zweite elektrisch leitfähige Schichtanordnung, die durch
ein Die lektrikum voneinander getrennt sind, wobei die Schichtanordnungen
nebeneinander angeordnete Leiterbahnen umfassen, die voneinander durch
elektrisch isolierende Schlitze getrennt sind, die Schlitze in der
ersten Schichtanordnung gegenüber
deren in der zweiten versetzt angeordnet sind und in mindestens
einer Schichtanordnung benachbarte Leiterbahnen über hochfrequente Ströme leitende,
speziell angeordnete Brücken,
umfassend beispielsweise Kondensatoren, miteinander verbunden sind.
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Die
Hochfrequenzantenne des Magnetresonanzgeräts ist beispielsweise als eine
sogenannte Birdcageantenne ausgebildet. Dabei ist eine Birdcageantenne
zum Erzeugen eines homogenen Hochfrequenzfeldes innerhalb eines
von ihr umschlossenen Volumens in der Regel derart gestaltet, dass
auf einem Zylindermantel zueinander parallel und gleich beabstandete
Leiter angeordnet sind, die durch Endringe miteinander verbunden
sind. Dabei erfolgt eine Abstimmung in Hoch- und Tiefpassfilterbereiche,
indem Kapazitäten
in jedem der Leiter oder in den Endringen zwischen den Leitern eingebracht
sind, so dass bei Resonanz ein homogenes Hochfrequenzfeld resultiert.
Ausführungsformen
einer solchen Birdcageantenne finden sich beispielsweise in der
US 4 680 548 . Die Hochfrequenzantenne
kann aber auch als eine sogenannte Arrayantenne ausgebildet sein.
Dabei ist die Arrayantenne durch mehrere, im Wesentlichen gleichartige,
sich gegenseitig überlappende
Leiterschleifen gekennzeichnet. Ausführungsformen einer solchen
Arrayantenne finden sich beispielsweise in der
US 4 825 162 .
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Aus
der
DE 101 56 770
A1 ist ein Magnetresonanzgerät mit einem Gradientenspulensystem
bekannt, bei dem eine elektrisch leitfähige Struktur derart angeordnet
und ausgebildet ist, dass wenigstens innerhalb eines Abbildungsvolumens
des Magnetresonanzgeräts
ein von einem Gradientenfeld über
Induktionseffekte hervorgerufenes Magnetfeld der Struktur dem Gradientenfeld ähnlich ist.
Dabei ist in einer Ausführungsform
wenigstens ein Teil der Struktur als ein Bestandteil eines Grundfeldmagneten fassmantelförmig ausgebildet.
Dadurch ist unter anderem mit Vorteil das Gradientenspulensystem
ohne Gradientenschirmspulen ausbildbar, da die an sich unerwünschten
Folgen der geschalteten Gradientenfelder aufgrund der Ähnlichkeit
des durch die Struktur hervorgerufenen Magnetfeldes durch eine Vorverzerrung
nahezu vollständig
beherrschbar sind, so dass keine Schwächung der Gradientenfelder
aufgrund von Gradientenschirmspulen stattfindet.
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Aus
der
DE 42 30 145 A1 ist
ein MR-Gerät bekannt,
dass einen Grundfeldmagneten aufweist, der einen transversalen Zugriff
zum Messvolumen erlaubt. Das MR-Gerät weist ein Gradientenspulensystem
mit axial beabstandeten Segmenten auf. Zur Erzeugung eines im Messvolumen
im Wesentlichen homogenen HF-Feldes
wird ein axial in eine axiale Bohrung eines Tragekörpers oder
transversal in die Lücke
des Grundfeldmagneten einführbares
HF-Spulensystem verwendet. Das MR-Gerät, bzw. seine Komponenten wie
Grundfeldmagnet, Gradientenspulensystem und HF-Spulensystem, sind
in Hinblick auf einen möglichst
großen
Zugang zum Messvolumen zur einfachen Durchführung von Therapiemaßnahmen
wie mikrochirurgische Eingriffe etc. ausgebildet.
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Aus
US 4 864 241 ist ein MR-Gerät bekannt, bei
dem Wirbelströme
kompensiert werden. Dies erfolgt mithilfe zweigeteilter Gradientenspulen,
die üblicherweise
eine hohlzylinderförmige
Einheit bilden. Zur HF-Felderzeugung wird ein ebenfalls hohlzylinderförmig ausgebildete
HF-Antenne mit kleinerem Radius in die Gradientenspuleneinheit eingebracht. Ein
derartiger Aufbau hat den Nachteil, dass er viel Platz beansprucht
und dass ein Untersuchungsvolumen des MR-Geräts durch den Durchmesser der HF-Antenne
bestimmt wird.
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Die
US 5 331 281 A beschreibt
eine Spulenanordnung zur Erzeugung magnetischer Gradientenfelder
in einem MR-Gerät,
wobei der Kern der Gradientenspule in zwei beabstandete Teile geteilt
ist. In den Raum zwischen den Teilen des Kerns der Spule kann beispielsweise
eine Hochfrequenzspule angeordnet sein.
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Eine
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Erzeuger zeitvariabler Magnetfelder
eines Magnetresonanzgeräts
und ein Magnetresonanzgerät
mit dem Erzeuger zu schaffen, bei dem ein Gerätevolumen, das einen vorgebbaren
Raum zum Aufnehmen eines Untersuchungsobjekts umgibt, möglichst
kleindimensioniert gehalten werden kann.
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Diese
Aufgabe wird hinsichtlich des Erzeugers durch den Gegenstand des
Anspruchs 1 und hinsichtlich des Magnetresonanzgeräts durch
den Gegenstand des Anspruchs 14 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen
sind in den Unteransprüchen
beschrieben.
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Gemäß Anspruch
1 beinhaltet ein Erzeuger zeitvariabler Magnetfelder eines Magnetresonanzgeräts folgende
Merkmale:
- – wenigstens
eine Gradientenspule,
- – deren
Leiter sich im Bereich einer Höhlung
erstrecken und
- – die
hinsichtlich einer axialen Ausdehnung der Höhlung in einem Mittenbereich
frei von Leitern ausgebildet ist,
- – ein
erster Hochfrequenzschirm, der die auf der einen Seite bezüglich des
Mittenbereichs angeordneten Leiter umschließt,
- – ein
zweiter Hochfrequenzschirm, der die auf der anderen Seite bezüglich des
Mittenbereichs angeordneten Leiter umschließt,
- – ein
Hochfrequenzantennenelement, das zwischen dem ersten und zweiten
Hochfrequenzschirm in dem Mittenbereich angeordnet ist,
- – ein
dritter Hochfrequenzschirm, der radial außerhalb um das Antennenelement
verlaufend und sich beidseitig in axialer Richtung in Bereiche radial
außerhalb
des ersten und des zweiten Hochfrequenzschirms erstreckend, derart
angeordnet ist, so dass die Hochfrequenzschirme einen Feldrückfluss raum
begrenzen, der innerhalb des Erzeugers angeordnet ist und der für einen
Rückfluss
eines mit dem Hochfrequenzantennenelement erzeugbaren Hochfrequenzfeldes
ausgebildet ist.
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Durch
den erfindungsgemäßen Aufbau
des Erzeugers wird ein bei vergleichbaren konventionellen Lösungen nicht
für einen
Rückfluss
eines – mit
einer das Hochfrequenzantennenelement umfassenden Hochfrequenzantenne
erzeugbaren – Hochfrequenz felds
zur Verfügung
stehender Bereich innerhalb eines die Gradientenspule umfassenden
Gradientenspulensystems als Feldrückflussraum erschlossen. Dadurch
ist die bauliche Kombination von Gradientenspulensystem und Hochfrequenzantenne
gegenüber
den vergleichbaren konventionellen Lösungen in einem ersten Fall
bei gleichbleibendem Innendurchmesser mit einem kleineren Außendurchmesser
oder im zweiten Fall bei gleich bleibendem Außendurchmesser mit einem größeren Innendurchmesser
ausbildbar. Im ersten Fall ist ein Grundfeldmagnet des Magnetresonanzgeräts kleiner
dimensionierbar und damit wesentlich kostengünstiger. Im zweiten Fall wird
bei unverändertem
Grundfeldmagneten ein größerer Untersuchungsobjektaufnahmeraum
erzielt, der unter anderem den Patientenkomfort erhöht. Diese
Vorteile der Erfindung ergeben sich unter anderem daraus, dass das
HF-Antennenelement im Mittenbereich, d. h. zwischen dem ersten und
zweiten HF-Schirm, angeordnet ist und somit der von der Gradientenspule
eingenommene Platz optimal (doppelt) genutzt wird.
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Ein
weiterer Vorteil der Verwendung eines in den Erzeuger integrierten
(vorzugsweise abgeschlossenen) Feldrückflussraums liegt darin, dass das
HF-Feld wenigstens in diesem Bereich unbeeinflusst von äußeren Aktivitäten erfolgt.
Dadurch wird das HF-Feld in seiner Erzeugung kontrollierbarer und reproduzierbarer.
Vorzugsweise ist dabei der dritte HF-Schirm nicht nur im Bereich des Antennenelements
und damit im Bereich des stärksten
HF-Feldes angeordnet, sondern erstreckt sich auch beidseitig in axialer
Richtung in Bereiche, die radial außerhalb der von den HF-Schirmen
umgebenen Gradientenspulen angeordnet sind.
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In
einer besonders vorteilhaften Ausführungsform des Erzeugers verbindet
das Hochfrequenzantennenelement den ersten und den zweiten Hochfrequenzschirm
hochfrequenzmäßig derart, dass
der erste und der zweite Hochfrequenzschirme zusammen mit dem Hochfrequenzantennenelement eine
Hochfrequenzantenne bilden. Dies hat den Vorteil, dass wesentliche
Leiterabschnitte der HF-Antenne durch schon aufgrund der Gradientenspulenabschirmung
vorhandene Leiter (den HF-Schirmen) gebildet werden können. Dies
führt zum
kompakteren Aufbau des Erzeugers aufgrund des hohen baulichen Integrationsgrades
der verwendeten Komponenten, im speziellen der Doppelbenutzung der
HF-Schirme. Die
hochfrequenzmäßige Verbindung
kann dabei galvanisch oder nicht galvanisch sein, da in beiden Fällen die
das HF-Feld erzeugenden Ströme
im Wesentlichen identisch auf den HF-Schirmen verlaufen. Üblicherweise
weist das Antennenelement Mittel zum Einspeisen eines HF-Signals
zur HF-Felderzeugung und/oder Mittel zum Auslesen eines empfangenen
MR-Signals auf.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform sind der erste und
der zweite Hochfrequenzschirm jeweils über eine ebenfalls als Hochfrequenzschirm
wirkende Verbindung mit dem dritten Hochfrequenzschirm derart verbunden,
dass der Feldrückflussraum
bis auf den Mittenbereich hochfrequenzmäßig abgeschirmt ist. Dies hat
den Vorteil, dass in axialer Richtung seitlich des Feldrückflussraums elektrische
Leiter verlegt werden können,
die auch ohne weitere das HF-Feld berücksichtigende Maßnahmen
nicht mit dem HF-Feld Wechselwirken. So können beispielsweise die Gradientenspule
und eine ihr zugeordnete Schirmspule in Reihe geschaltet werden,
ohne das Drosseln etc. in die elektrisch verschaltenden Leiter aufgenommen
werden müssen.
In speziellen Ausführungsformen
kann die hochfrequenzmäßige Verbindung
der HF-Schirme bewirkt werden, indem beispielsweise der erste und/oder zweite
HF-Schirm zumindest
in einem Bereich nah am dritten HF-Schirm angeordnet ist oder indem
der erste und/oder zweite HF-Schirm galvanisch z. B. über einen
weiteren HF-Schrim mit dem dritten HF-Schirm verbunden ist.
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Weitere
vorteilhafte Ausführungsformen
der Erfindung sind durch die Merkmale der Unteransprüche gekennzeichnet.
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Weitere
Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus
den nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispielen der Erfindung anhand
der 1 bis 7. Dabei zeigen:
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1 einen
Längsschnitt
durch ein Magnetresonanzgerät
mit einem tunnelartigen Patientenaufnahmeraum gemäß dem Stand
der Technik,
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2 einen
Längsschnitt
durch ein Magnetresonanzgerät
mit einem tunnelartigen Patientenaufnahmeraum und mit einem aktiv
geschirmten Gradientenspulensystem mit integrierter Hochfrequenzantenne,
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3 ein
Magnetresonanzgerät
entsprechend 2, mit einem mit Ausnahme des
Mittenbereichs allseitig hochfrequenzmäßig abgeschirmten Feldrückflussraum,
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4 einen
Längsschnitt
durch ein Magnetresonanzgerät
mit einem tunnelartigen Patientenaufnahmeraum, mit einem Grundfeldmagneten
mit fassmantelartig ausgebauchter Höhlung und mit einem zwei Hälften aufweisenden,
nicht aktiv geschirmten Gradientenspulensystem, zwischen dessen
Hälften
eine Hochfrequenzantenne angeordnet ist,
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5 ein
Magnetresonanzgerät
entsprechend 4, wobei HF-Schirme, die die
Gradientenspulen umgeben, und ein radial außerhalb der Gradientenspulen
liegender HF-Schirm in den in axialer Richtung am Rand liegenden
Bereichen räumlich
so nah beieinander liegen, dass sich ein mit Ausnahme des Mittenbereichs
hochfrequenzmäßig abgeschirmten
Feldrückflussraum
ergibt,
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6 die
Hochfrequenzantenne der 2 bis 5 in der
Ausbildung als Birdcageantenne und
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7 die
Hochfrequenzantenne der 2 bis 5 in der
Ausbildung als Arrayantenne.
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Die 1 zeigt
einen prinzipiellen Längsschnitt
durch eine obere Hälfte
eines Magnetresonanzgeräts
mit einem tunnelförmigen
Patientenaufnahmeraum gemäß dem Stand
der Technik, wobei aus Gründen
der Übersichtlichkeit
lediglich die Schnittflächen
dargestellt sind. Das Magnetresonanzgerät umfasst dabei einen im Wesentlichen hohlzylinderförmigen Grundfeldmagneten 110,
der zum Erzeugen eines im Patientenaufnahmeraum möglichst
homogenen statischen Grundmagnetfelds supraleitende Primärspulen 114 und
den Primärspulen 114 zugeordnete,
ebenfalls supraleitende Schirmspulen 115 umfasst.
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In
der Höhlung
des Grundfeldmagneten 110 ist ein ebenfalls im Wesentlichen
hohlzylinderförmiges
Gradientenspulensystem 120 zum Erzeugen von schnell schaltbaren
Gradientenfeldern angeordnet. Dabei umfasst das Gradientenspulensystem 120 von innen
nach außen
folgende Elemente, die in zueinander konzentrisch angeordneten,
im Wesentlichen hohlzylinderförmigen
Teilbereichen des Gradientenspulensystems 120 angeordnet
sind: Eine erste transversale Gradientenspule 121, umfassend
vier sattelförmige
Teilspulen zum Erzeugen eines ersten transversalen Gradientenfelds
mit einem Gradienten in einer Richtung senkrecht zur Hohlzylinderhauptachse 150.
Eine zweite transversale Gradientenspule 122, ebenfalls
umfassend vier sattelförmige
Teilspulen zum Erzeugen eines zweiten transversalen Gradientenfelds
mit einem Gradienten senkrecht zu dem der ersten transversalen Gradientenspule 121 und
senkrecht zur Hohlzylinderhauptachse 150. Eine nicht dargestellte
Kühleinrichtung
zum Kühlen
der Gradientenspulen 121, 122 und 123.
Eine longitudinale Gradientenspule 123, umfassend zwei
Solenoid-Teilspulen zum Erzeugen eines longitudinalen Gradientenfelds
mit einem Gradienten in Richtung der Hohlzylinderhauptachse 150.
Eine weitere Kühleinrichtung
in Verbindung mit einer Shimeinrichtung, die ebenfalls nicht dargestellt
sind. Eine der longitudinalen Gradientenspule 123 zugeordnete
longitudinale Gradientenschirmspule 127. Eine der ersten
transversalen Gradientenspule 121 zugeordnete erste transversale
Gradientenschirmspule 125 und eine der zweiten transversalen
Gradientenspule 122 zugeordnete zweite transversale Gradientenschirmspule 126.
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Da
die Leiterstrukturen des Gradientenspulensystems 120 für viele
Wellenlängen
der Hochfrequenz vergleichsweise groß und stark verlustbehaftet
sind, ist zwischen dem Gradientenspulensystem 120 und einer
Hochfrequenzantenne 140 ein im Wesentlichen hohlzylinderförmiger Hochfrequenzschirm 130 angeordnet,
der derart ausgebildet ist, dass er die vom Gradientenspulensystem 120 erzeugten Gradientenfelder
in einem Niederfrequenzbereich durchlässt, und für die von der Hochfrequenzantenne 140 erzeugten
Signale im Hochfrequenzbereich undurchlässig ist.
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In
der Höhlung
des Hochfrequenzschirms 130 ist die Hochfrequenzantenne 140,
beispielsweise in der Ausbildung als eine Birdcageantenne angeordnet.
Mit der Hochfrequenzantenne 140 ist im Patientenaufnahmeraum
ein Hochfrequenzfeld erzeugbar, wobei exemplarische Feldlinien 149 des
Hochfrequenzfelds im Bereich des Patientenaufnahmeraums mit dem
Symbol ⊙ gekennzeichnet
sind. Dabei kennzeichnet das Symbol ⊙ eine an dieser Stelle aus
der Zeicheneben austretend gezählte
Feldlinie 149. Die eigentliche Hochfrequenzantenne 140 ist
zu dem Hochfrequenzschirm 130 beispielsweise um etwa 3
cm beabstandet. Dabei bedingen diese 3 cm bei einer vorgegebenen
Größe des Patientenaufnahmeraums,
bezogen auf einen die 3 cm nicht berücksichtigenden Grundfeldmagneten
einen um etwa 10% größer dimensionierten
Grundfeldmagneten 110, was mit erheblichen Kosten verbunden
ist. Diese Beabstandung ermöglicht
eine Flussrückführung des
von der Hochfrequenzantenne 140 erzeugten Hochfrequenzfelds,
also ein Schließen
der Feldlinien 149, wobei im Bereich zwischen der Hochfrequenzantenne 140 und
dem Hochfrequenzschirm 130 die Feldlinien 149 mit
dem Symbol ⊗ dargestellt
sind. Dabei kennzeichnet das Symbol ⊗ eine an dieser Stelle in
die Zeicheneben eintretend gezählte
Feldlinie 149. Die Dicke dieses für die Flussrückführung zur
Verfügung
stehenden Raums darf nicht zu klein gewählt werden, da ansonsten die
gegenläufigen
Anteile der Feldlinien 149 sehr nahe beieinander lägen, ein
zu großer
Anteil der Feldenergie im Rückfluss
gespeichert wäre
und der Füllfaktor
und die Effizienz der Hochfrequenzantenne 140 stark abnehmen
würden.
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In
der 1 ist des Weiteren exemplarisch eine Feldlinie 119 des
Grundmagnetfelds dargestellt, die sich im Bereich des Grundfeldmagneten 110 schließt, und
es sind exemplarische Feldlinien 129 des zweiten transversalen
Gradientenfelds dargestellt, die sich im Bereich des Gradientenspulensystems 120 schließen. Dabei
gilt für
alle im Patientenaufnahmeraum applizierten Magnetfelder, dass sie sich
außerhalb
des Patientenaufnahmeraums schließen müssen.
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Die 2 zeigt
als ein Ausführungsbeispiel der
Erfindung einen prinzipiellen Längsschnitt
durch eine obere Hälfte
eines Magnetresonanzgeräts
mit einem im Wesentlichen tunnelartigen Patientenaufnahmeraum, wobei
aus Gründen
der Übersichtlichkeit
wiederum lediglich die Schnittflächen
dargestellt sind.
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Zum
Erzeugen eines im Patientenaufnahmeraum des Magnetresonanzgeräts im Wesentlichen homogenen
statischen Grundmagnetfelds umfasst das Magnetresonanzgerät einen
Grundfeldmagneten 210 mit supraleitenden Primärspulen 214 und
den Primärspulen 214 zugeordnete,
ebenfalls supraleitende Schirmspulen 215.
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Des
Weiteren umfasst das Magnetresonanzgerät zum Erzeugen von schnell
schaltbaren Gradientenfeldern ein im Wesentlichen hohlzylinderförmiges Gradientenspulensystem 220 mit
einer ersten transversalen Gradientenspule 221, einer zweiten transversalen
Gradientenspule 222, einer longitudinalen Gradientenspule 223 und
den Gradientenspulen 221, 222 und 223 zugeordnete
Gradientenschirmspulen 225, 226 und 227.
Dabei sind die Leiteranordnungen der Gradientenspulen 221, 222 und 223 derart
ausgebildet, dass ein Mittenbereich des Gradientenspulensystems 220 frei
von Leitern der Gradientenspulen 221, 222 und 223 entsteht,
in welchem eine Hochfrequenzantennenelement 240 des Magnetresonanzgeräts angeordnet
ist. Die zu beiden Seiten des Mittenbereichs angeordneten Leiter
der Gradientenspulen 221, 222 und 223 sind
auf jeder der beiden Seiten von jeweils einem dünnen metallischen Hochfrequenzschirm 231 und 232 eingehüllt. Das
HF-Antennenelement 240 kann entweder alleine eine HF-Antenne
bilden oder es kann zusammen mit den beiden HF-Schirmen 231 und 232 Teil
einer HF-Antenne sein. Dazu sind das HF-Antennenelement 240 und
die HF-Schirme 231 und 232 hochfrequenzmäßig miteinander
verbunden.
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Die
im Wesentlichen zwei solenoidartig ausgebildete Teilspulen umfassende
longitudinale Gradientenprimärspule 223 weist
von Hause aus ein Minimum in ihrer Stromdichte im besagten Mittenbereich auf,
so dass deren Ausbildung frei von Leitern in diesem Mittenbereich
unproblematisch ist. Die im Wesentlichen vier sattelförmigen Teilspulen
umfassenden transversalen Gradientenspulen 221 und 222 tragen
im Allgemeinen im besagten Mittenbereich einen Strom in Umfangsrichtung.
Da es aber insbesondere bei transversalen Gradientenspulen mit vergleichsweise
geringer longitudinaler Ausdehnung zur Erzielung möglichst
linearer Gradientenfelder notwendig ist, den Strom im besagten Mittenbereich
derart auseinander zu ziehen, dass sich dort ein Minimum oder sogar
eine schwach ausgeprägte,
umgekehrte Stromdichte ergibt, kann diese beim Design explizit zu
Null gesetzt werden, so dass man den Mittenbereich frei von Leitern
erhält.
Bei einer longitudinalen Ausdehnung des Gradientenspulensystems 220 von
in etwa kleiner dem Eineinhalbfache seines Durchmessers kann besagter
Mittenbereich beispielsweise eine longitudinale Ausdehnung von 12 cm
aufweisen.
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Die
zu beiden Seiten des Mittenbereichs angeordneten Leiter der Gradientenspulen 221, 222 und 223 sind
wie gesagt auf jeder der beiden Seiten von einem der dünnen metallischen
Hochfrequenzschirme 231 und 232 eingehüllt. Dabei
vermögen
die Hochfrequenzschirme 231 und 232 einen Hochfrequenzstrom
zu tragen und sparen den leiterfreien Mittenbereich aus. Die beiden
Hochfrequenzschirme 231 und 232 sind in bekannter
Weise mit kapazitiv überbrückten Schlitzen
versehen, um die durch die zeitveränderlichen Gradientenfelder
induzierten Wirbelströme
in dem Hochfrequenzschirm 231 und 232 klein zu
halten.
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Das
im Mittenbereich angeordnete, kurze Hochfrequenzantennenelement 240 liegt
auf einem Zylinderradius, der nicht kleiner als der Innenradius des
Gradientenspulensystems 220 ist. Damit nimmt die das HF-Antennenelement 240 umfassende Hochfrequenzantenne
gegenüber
konventionellen Lösungen
keinen Raum innerhalb des Patientenaufnahmeraums weg. Die Feldlinien 249 des
mit der Hochfrequenzantenne erzeugbaren Hochfrequenzfelds schließen sich
innerhalb des Gradientenspulensystems 220 in einem Feldrückflussraum 228 außerhalb
der Gradientenspulen 221, 222 und 223.
Im Feldrückflussraum 228 erfolgt
auch ein Rückfluss
der Gradientenfelder 229. Es werden also wenigstens Teile
des Gradientenspulensystems 220 für den Rückfluss des Hochfrequenzfelds
genutzt. Die Hochfrequenzschirme 231 und 232 können dabei
einen Teil des Strompfads der Hochfrequenzantenne 240 bilden.
Eine äußere Begrenzung
des Rückflusses des
Hochfrequenzfelds erfolgt erst auf dem den Gradientenschirmspulen 225, 226 und 227 zugeordneten
Hochfrequenzschirm 233. Der HF-Schirm 233 erstreckt
sich somit radial außerhalb
des Antennenelements 240. In diesem Bereich ist das HF-Feld
am stärksten.
Um den Feldrückflussraum 233 klarer
abzugrenzen, wird der HF-Schirm 233 vorzugsweise in axialer
Richtung beidseitig verlängert,
so dass er sich in radial außerhalb
der Gradientenspulen 221, 222, 223 angeordnete
Bereiche erstreckt. Die zur Darstellung der Feldlinien 249 verwendeten
Symbole ⊙ und ⊗ sind
bei der 1 erläutert. Das zu den Feldlinien 119 und 129 bei
der 1 Beschriebene gilt für die Feldlinie 219 des
Grundmagnetfelds und die Feldlinien 229 des zweiten transversalen
Gradientenfelds der 2 entsprechend.
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3 zeigt
ein Magnetresonanzgerät
mit den Komponenten des MR-Geräts
aus 2, wobei zusätzlich
ein Feldrückflussraum 228' auch in axialer Richtung
hochfrequenzmäßig abgeschirmt
ist. Dies erfolgt über
HF-Schirmseitenwände 234,
die die beiden Enden des HF-Schirms 233 mit den HF-Schirmen 231, 232 verbinden.
Dadurch ist der Feldrückflussraum 228' bis auf den
Mittenbereich hochfrequenzmäßig abgeschirmt,
d. h. er ist bis auf den Mittenbereich mit HF-Schirmen umschlossen.
Dies hat z. B. den Vorteil, dass primäre Gradientenspulen 221, 222, 223 mit
den entsprechenden Schirmspule 225, 226, 227 in
Reihe geschaltet werden können,
ohne dass Wechselwirkungen des HF-Feldes mit den verbindenden elektrischen
Leitern 224 entstehen. Die Ausdehnung des Feldrückflussraums 228' in axialer Richtung
kann in Abhängigkeit
der Effizienz der HF-Antenne optimiert werden, wobei zu berücksichtigen
ist, dass eine zu hohe magnetische Feldenergie im Feldrückflussraum 228' sich nachteilig
auf die Effizienz auswirken kann.
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Die
4 zeigt
als ein weiteres Ausführungsbeispiel
der Erfindung einen prinzipiellen Längsschnitt durch eine obere
Hälfte
eines Magnetresonanzgeräts
mit einem im Wesentlichen tunnelartigen Patientenaufnahmeraum, wobei
aus Gründen
der Übersichtlichkeit
wiederum nur die Schnittflächen
dargestellt sind. Das Magnetresonanzgerät umfasst dabei einen im Wesentlichen
hohlzylinderförmigen
Grundfeldmagneten
310 mit supraleitenden Primär- und Schirmspulen
314 und
315,
wobei ein elektrisch leitender Vakuumbehälter
312 des Grundfeldmagneten
310 zum
Umsetzen des Konzeptes der eingangs erwähnten
DE 101 56 770 A1 im Bereich der
Höhlung
fassmantelartig ausgebaucht ist.
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In
der Höhlung
ist ein zwei von einander getrennte hohlzylinderförmige Hälften umfassendes Gradientenspulensystem 320 angeordnet.
Dabei umfasst das Gradientenspulensystem 320 von innen nach
außen
eine longitudinale Gradientenspule 323, eine erste transversale
Gradientenspule 321 und eine zweite transversale Gradientenspule 322.
Dabei sind die Teilspulen der Gradientenspulen 321, 322 und 323 je
Hälfte
vollständig
von den Hochfrequenzschirmen 331 und 332 umschlossen.
Zwischen den Hälften
des Gradientenspulensystems 320 ist analog zur 2 oder 3 eine
Hochfrequenzantennenelement 340 befestigt. Dabei steht
den Feldlinien 349 des mit der das Hochfrequenzantennenelement 340 umfassenden
Hochfrequenzantenne erzeugbaren Hochfrequenzfelds zum Schließen ein
ausreichend großer
Feldrückflussraum 328 zwischen
dem Gradientenspulensystem 320 und dem Vakuumbehälter 312 zur
Verfügung.
Der Vakuumbehälter 312 ist
auf der dem Feldrückflussraum 328 zugeordneten
Seite entweder als HF-Schirm 333 ausgebildet oder ein derartiger
HF-Schirm 333 ist an ihm angebracht. Vorzugsweise erstreckt
sich der HF-Schirm 333 über
die fassmantelförmige
Ausbuchtung, um den Grundfeldmagneten möglichst umfassend abzuschirmen.
Die zur Darstellung der Feldlinien 349 verwendeten Symbole ⊙ und ⊗ sind
bei der 1 erläutert. Das zu den Feldlinien 119 und 129 bei
der 1 Beschriebene gilt für die Feldlinie 319 des
Grundmagnetfelds und die Feldlinien 329 des zweiten transversalen
Gradientenfelds der 4 entsprechend.
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5 zeigt
ein Magnetresonanzgerät
mit den Komponenten des MR-Geräts
aus 4, wobei das Gradientensystem 320 und
der fassmantelförmig Grundfeldmagnetsystem 310 so
nahe beieinander liegen, dass der Hochfrequenzschirm 333 und
der erste sowie der zweite Hochfrequenzschirm 331 und 332 hochfrequenzmäßig miteinander
verbunden sind. Dadurch ergibt sich ein bis auf den Mittenbereich
hochfrequenzmäßig abgeschirmter
Feldrückflussraum 328'.
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Die 6 zeigt
als ein weiteres Ausführungsbeispiel
der Erfindung in einer perspektivischen Ansicht eine zwischen den
Hochfrequenzschirmen 231 und 232 oder 331 und 332 angeordnete
Hochfrequenzantenne 240 oder 340 in der Ausbildung
als Birdcageantenne und die 7 als ein
weiteres Ausführungsbeispiel
der Erfindung ebenfalls in perspektivischer Ansicht eine zwischen
den Hochfrequenzschirmen 231 und 232 oder 331 und 332 angeordnete
Hochfrequenzantenne 240 oder 340 in der Ausbildung
als Arrayantenne.