DE102004020168A1 - Magnetresonanzapparatur mit gemeinsamem Kompressor - Google Patents

Abstract

Eine MR(= Magnetresonanz)-Apparatur (2a) mit einer in einem Kryostaten (1a) angeordneten supraleitenden Magnetspule, mit einer HF(= Hochfrequenz)-Detektionsspule zum Erfassen von MR-Signalen aus einer Probe, wobei die HF-Detektionsspule im Betrieb durch das kalte Ende (4) eines ersten Refrigerators (3) gekühlt wird, dessen warmes Ende (11) mit einem Kompressor (7) verbunden ist, der ein Arbeitsmedium umpumpt, ist dadurch gekennzeichnet, dass am Kryostaten (1a) ein zweiter Refrigerator (5a) vorgesehen ist, der die supraleitende Magnetspule und/oder Kühlstrukturen im Kryostaten (1a), wie Strahlungsschilde oder Tanks für kryogene Fluide, mit seinem kalten Ende kühlt, und dass sein warmes Ende (10a) mit demselben Kompressor (7) verbunden ist wie der erste Refrigerator (3). Hierdurch wird eine MR-Apparatur für hochauflösende MR-Messungen realisiert, die geringe Anforderungen an Platzbedarf und Wartung stellt.

Description

• Die Erfindung betrifft eine MR(= Magnetresonanz)-Apparatur mit einer in einem Kryostaten angeordneten supraleitenden Magnetspule, mit einer HF(= Hochfrequenz)-Detektionsspule zum Erfassen von MR-Signalen aus einer Probe, wobei die HF-Detektionsspule im Betrieb durch das kalte Ende eines ersten Refrigerators gekühlt wird, dessen warmes Ende mit einem Kompressor verbunden ist, der ein Arbeitsmedium umpumpt.
• Zur Durchführung hochaufgelöster MR-Messungen ist aus dem Firmenprospekt „Cryoprobe" der Firma Bruker eine mit einem Refrigerator gekühlte NMR-Detektionsspule bekannt. Der Refrigerator ist mittels einer Druckleitung mit einem Kompressor verbunden, der das Arbeitsmedium umpumpt. Die Kühlung der Detektionsspule bewirkt ein verbessertes Auflösungsvermögen und eine größere Effizienz der Detektionsspule. Eine derartig gekühlte Detektionsspule ist als Nachrüstsatz erhältlich, der mit konventionellen MR-Apparaturen kombinierbar ist. Nachteilig daran ist, dass die Kühlung der Detektionsspule einen zusätzlichen apparativen Aufwand bedingt, und dementsprechend mit zusätzlichen Wartungskosten und einen erhöhten Platzbedarf verbunden ist. Des weiteren bewirkt der am Refrigerator angeschlossene Kompressor einen zusätzlichen erhöhten Lärmpegel.
• Aufgabe der Erfindung ist es, eine MR-Apparatur für hochauflösende MR-Messungen vorzuschlagen, die geringe Anforderungen an Platzbedarf und Wartung stellt.
• Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass am Kryostaten ein zweiter Refrigerator vorgesehen ist, der die supraleitende Magnetspule und/oder Kühlstrukturen im Kryostaten, wie Strahlungsschilde oder Tanks für kryogene Fluide, mit seinem kalten Ende kühlt und dass sein warmes Ende mit demselben Kompressor verbunden ist wie der erste Refrigerator.
• Eine Kryostatenanordnung mit einem in einem Heliumbehälter angeordneten supraleitenden Magneten ist aus der US-6,389,821 bekannt. Zur Kühlung des supraleitenden Magneten wird das im Heliumbehälter befindliche Helium mittels eines Refrigerators auf die gewünschte Betriebstemperatur gekühlt. Der Refrigerator ist mittels einer Montageplatte am Kryostaten befestigt und durch Druckleitungen mit einem entfernt aufgestellten Kompressor verbunden. Der Kühlfinger des Refrigerators ragt in den Heliumbehälter hinein und kühlt das darin befindliche Helium mit dem der Montageplatte abgewandten Ende des Kühlfingers.
• Die erfindungsgemäße MR-Apparatur ist mit zwei Kühlelementen (Refrigeratoren) ausgestattet, welche die Kühlung verschiedener Bereiche übernehmen, nämlich zum einen die Kühlung der Magnetspule zur Erzeugung eines homogenen Magnetfelds und zum anderen die Kühlung der Detektionsspule zur Verbesserung der Auflösung der MR-Messungen. Durch die Kühlung dieser Komponenten werden die messtechnischen Eigenschaften der Apparatur verbessert. Die Refrigeratoren sind dabei mit ihren warmen Enden mit einem gemeinsamen Kompressor verbunden, der für die Bereitstellung zweier unterschiedlicher Druckniveaus zuständig ist. Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung kann eine MR-Apparatur mit verringerter Anzahl an Komponenten, einen daraus resultierenden geringeren Wartungsaufwand und eine Platzersparnis realisiert werden, die zur Durchführung hochaufgelöster MR-Messungen geeignet ist.
• Die Vorteile der Erfindung kommen besonders gut zur Geltung, wenn der Kompressor mit dem warmen Ende mindestens eines weiteren Refrigerators verbunden ist, der einen weiteren Kryostaten, ein weiteres Element der MR-Apparatur oder eine andere Messapparatur kühlt. Auf diese Weise können im Gegensatz zu konventionellen Apparaturen weitere Komponenten (Kompressoren, Druckleitungen) eingespart werden.
• Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass mindestens einer der Refrigeratoren ein Pulsrohrkühler ist. Pulsrohrkühler realisieren die zur Kühlung notwendige Expansion bzw. Kompression des Arbeitsgases nicht mit Hilfe beweglicher Teile, sondern mittels einer Stoßwellenfront in einem Pulsrohr. Ein Pulsrohrkühler stellt daher eine laufruhige, verschleißarme Kühleinrichtung dar, welche die magnetischen Störungen im Hauptmagnetfeld der Spule verringert.
• Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen MR-Apparatur ist ein gemeinsames Drehventil vorgesehen, über welches mehrere Pulsrohrkühler angesteuert werden können. Bei gemeinsamer Nutzung eines Drehventils für mehrere Pulsrohrkühler laufen die Pulsrohrkühler zwar zwangsweise im Takt, jedoch können hierdurch weitere Komponenten eingespart werden und somit eine weitere Vereinfachung des Aufbaus der erfindungsgemäßen MR-Apparatur realisiert werden.
• Die Erfindung betrifft des weiteren eine Anordnung aus einer Vielzahl analytischer Messgeräte, die jeweils vom kalten Ende eines Refrigerators gekühlt werden, wobei die warmen Enden der Refrigeratoren an einem gemeinsamen Kompressor angeschlossen sind. Damit kann insbesondere innerhalb eines Labors mit einer Vielzahl von zu kühlenden Apparaturen über einen gemeinsamen Kompressor eine Hochdruck- und Niederdruckleitung zur Verfügung gestellt werden, welche die Refrigeratoren der einzelnen Messgeräte und/oder Komponenten bedienen.
• Die erfindungsgemäße Apparatur stellt ein System zur hochauflösenden Messung von Magnetresonanzen mit einer effektiven Nutzung mehrerer gekühlter Komponenten und/oder Messgeräte zur Verfügung.
• Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der Zeichnung. Ebenso können die vorstehend genannten und die noch weiter aufgeführten Merkmale je für sich oder zu mehreren in beliebigen Kombinationen Verwendung finden. Die gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen sind nicht als abschließende Aufzählung zu verstehen, sondern haben vielmehr beispielhaften Charakter für die Schilderung der Erfindung.
• Es zeigen:
• 1 eine erfindungsgemäße MR-Apparatur mit einer gekühlten Detektionsspule, einer gekühlten supraleitenden Magnetspule und einem Zusatzgerät mit gemeinsamen Kompressor,
• 2 eine erfindungsgemäße MR-Apparatur mit zwei Kryostaten und einem gemeinsamen Kompressor, und
• 3 eine erfindungsgemäße MR-Apparatur umfassend mehrere analytische Messgeräte.
• 1 zeigt eine MR-Apparatur 2a, mit einem Kryostaten 1a und einem ersten Refrigerator 3, der mit seinem kalten Ende 4 eine Detektionsspule kühlt, die in der vertikalen Bohrung 12 des Magneten angeordnet ist. Ein zweiter Refrigerator 5a ist für die Kühlung des MR-Magneten zuständig. Beide Refrigeratoren 3, 5a sind vorzugsweise als Pulsrohrkühler ausgeführt, die mit ihren warmen Enden 10a, 11 mit einem Kompressor 7 verbunden sind und über ein Drehventil 6 angesteuert werden. Der Kompressor 7 pumpt ein Arbeitsmedium um und stellt den beiden Refrigeratoren 3, 5a somit eine Hochdruckleitung 8 zur Verfügung. Mittels des Drehventils 6 wird eine Stoßwellenfront erzeugt, welche die zur Kühlung notwendige Kompression und Expansion des Arbeitsgases innerhalb des Pulsrohrkühlers bewirkt.
• Die erfindungsgemäße Apparatur ermöglicht demnach eine Druckerhaltung für mehrere Refrigeratoren 3, 5a mittels eines gemeinsamen Kompressors 7. Ebenso sieht die Erfindung vor, ein gemeinsames Drehventil 6 für die beiden Refrigeratoren 3, 5a zur Verfügung zu stellen. Die Nutzung eines gemeinsamen Drehventils 6 für beide Refrigeratoren 3, 5a bewirkt, dass die Refrigeratoren 3, 5a zwangsweise im Takt laufen, was jedoch im Allgemeinen nicht stört. Neben den beiden Refrigeratoren 3, 5a beinhaltet die erfindungsgemäße MR-Apparatur 2a ein Zusatzgerät 9, das ebenfalls von demselben Kompressor 7 versorgt wird. Auf diese Weise ergibt sich eine MR-Apparatur 2a mit einer gegenüber bekannter MR-Apparaturen reduzierten Anzahl an Komponenten, wobei die MR-Apparatur 2a aufgrund der vorteilhaften Kühlung von sowohl dem Hauptfeldmagneten als auch der Detektionsspule ein gutes Signal/Rausch-Verhältnisses aufweist und daher für hochaufgelöste MR-Messungen geeignet ist.
• Die Nutzung eines gemeinsamen Kompressors 7 zur Verringerung der Komponenten innerhalb eines Systems beschränkt sich jedoch nicht auf den Aufbau einer MR-Apparatur 2a. Insbesondere in größeren Labors mit einer großen Anzahl an Apparaturen ist es denkbar, einen gemeinsamen Kompressor 7 für den Betrieb mehrerer Apparaturen 2a, 2b vorzusehen. 2 zeigt beispielsweise eine Anordnung von zwei MR-Apparaturen 2a, 2b, die mit jeweils einem Refrigerator 5a, 5b ausgestattet sind. Die Refrigeratoren 5a, 5b sind über ihre warmen Enden 10a, 10b an den gemeinsamen Kompressor 7 angeschlossen.
• 3 zeigt eine Anordnung von zwei MR-Apparaturen 2a, 2b, die von jeweils einem kalten Ende des jeweiligen Refrigerators 3, 5a, 5b gekühlt werden, die durch einen gemiensamen Kompressor 7 mit einem Zusatzgerät 9 und weiteren (nicht gezeigten) analytischen Messgeräten verbunden sind. Der Kompressor 7, der mit seinem Hochdruckausgang mit den entsprechenden Messgeräten verbunden ist, kann hierbei auch als Kompressoranlage ausgebildet sein, um die notwendige Leistung für die Erzeugung des entsprechenden Drucks innerhalb der Druckleitung zu gewährleisten. Für MR-Anwendungen ist die Leistung des Kompressors beziehungsweise der Kompressoranlage so auszulegen, dass in der Hochdruckleitung typischerweise ein Druck von etwa 12 bar herrscht.
• Wie aus 3 ersichtlich ist, können einerseits mehrere von dem Kompressor verbundene Komponenten (Refrigeratoren 4, 5b) zu einer Apparatur 2b gehören, andererseits kann es sich auch um separate Einzelgeräte (Zusatzgerät 9) handeln, so dass durch die erfindungsgemäße Anordnung ein Labor mit diversen Messapparaturen über eine zentrale Kompressoranlage mit einer Hochdruckleitung 8 ausgestattet werden kann.
• Die vorliegende Erfindung ermöglicht somit einen kompakteren Aufbau einer MR-Apparatur 2a beziehungsweise einer Anordnung aus mehreren analytischen Messgeräten 2a, 2b mit einer verringerten Anzahl an Komponenten. So ist beispielsweise die Realisierung eines vergleichsweise kompakten Aufbaus einer MR-Apparatur zur Durchführung hochaufgelöster MR-Messungen mit durch verschiedene Refrigeratoren 3, 5 gekühlten Hauptfeldmagneten und Detektionsspule realisierbar. Der daraus resultierende reduzierte Platzbedarf und der geringere Wartungsaufwand kommt insbesondere bei einer Anordnung aus einer Vielzahl an analytischen Messgeräten wie sie in größeren Labors üblich sind gut zur Geltung.

1a, 2a

Kryostat

2a, 2b

MR-Apparatur

3

1. Refrigerator

4

Kaltes Ende des 1. Refrigerators

5a, 5b

2. Refrigerator

6

Drehventil

7

Kompressor

8

Hochdruckleitung

9

Zusatzgerät

10a, 10b

Warmes Enden der 2. Refrigeratoren

11

Warmes Enden des 1. Refrigerators

12

Bohrung

Claims (5)

1. MR(= Magnetresonanz)-Apparatur (2a) mit einer in einem Kryostaten (1a) angeordneten supraleitenden Magnetspule, mit einer HF(= Hochfrequenz)-Detektionsspule zum Erfassen von MR-Signalen aus einer Probe, wobei die HF-Detektionsspule im Betrieb durch das kalte Ende (4) eines ersten Refrigerators (3) gekühlt wird, dessen warmes Ende (11) mit einem Kompressor (7) verbunden ist, der ein Arbeitsmedium umpumpt, dadurch gekennzeichnet, dass am Kryostaten (1a) ein zweiter Refrigerator (5a) vorgesehen ist, der die supraleitende Magnetspule und/oder Kühlstrukturen im Kryostaten (1a), wie Strahlungsschilde oder Tanks für kryogene Fluide, mit seinem kalte Ende kühlt, und dass sein warmes Ende (10a) mit demselben Kompressor (7) verbunden ist, wie der erste Refrigerator (3).
2. MR-Apparatur (2a) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kompressor (7) mit dem warmen Ende (10b) mindestens eines weiteren Refrigerators (5b) verbunden ist, der einen weiteren Kryostaten (1b), ein weiteres Element der MR-Apparatur (2a) oder einer anderen Mess-Apparatur (2b) kühlt.
3. MR-Apparatur (2a) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der Refrigeratoren (3, 5a, 5b) ein Pulsrohr-Kühler ist.
4. MR-Apparatur nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein gemeinsames Drehventil (6) vorgesehen ist, über welches mehrere Pulsrohr-Kühler angesteuert werden können.
5. Anordnung aus einer Vielzahl analytischer Messgeräte, die jeweils vom kalten Ende eines Refrigerators (3, 5a, 5b) gekühlt werden, dadurch gekennzeichnet, dass die warmen Enden (10a, 10b, 11) der Refrigeratoren (3, 5a, 5b) an einem gemeinsamen Kompressor (7) angeschlossen sind.