DE102012108056A1

DE102012108056A1 - Spiralförmige Gradientenspule für Magnetresonanzbildgebungsgerät

Info

Publication number: DE102012108056A1
Application number: DE201210108056
Authority: DE
Inventors: Timothy James Hollis; Fengshun Tan
Original assignee: GE Medical Systems Global Technology Co LLC
Current assignee: GE Medical Systems Global Technology Co LLC
Priority date: 2011-08-31
Filing date: 2012-08-30
Publication date: 2013-02-28
Also published as: GB201214783D0; CN102967835B; US20130049755A1; GB2494259B; GB2494259A; US9041399B2; CN102967835A

Abstract

Die vorliegende Erfindung stellt eine Gradientenspule vor, die folgendes umfasst: eine erste Schicht, zusammengesetzt aus einer ersten Vielzahl von Drahtwindungen, wobei die erste Vielzahl von Drahtwindungen sich in einem im Wesentlichen parallelen Bahnverlauf entlang einer inneren Seitenwand eines zylindrischen Substrats in einer ersten spiralförmigen Richtung von einem aus einem oberen und einem unteren Rand des zylindrischen Substrats zu dem anderen des oberen und unteren Rand windet, wobei die erste Vielzahl von Drahtwindungen das Substrat durchquert und sich dann entlang einer äußeren Seitenwand des zylindrischen Substrats in einer zweiten spiralförmigen Richtung zu dem einen aus oberem Rand und unterem Rand windet, so dass jede Drahtwindung in der ersten Vielzahl von Drahtwindungen entlang der Seitenwände des zylindrischen Substrats kreist und einen ersten Abschnitt umfasst, der entlang der inneren Seitenwand gewunden ist, sowie einen zweiten Abschnitt umfasst, der entlang der äußeren Seitenwand gewunden ist; und eine zweite Spulenschicht, zusammengesetzt aus einer zweiten Vielzahl von Drahtwindungen, wobei die zweite Vielzahl von Drahtwindungen sich in einem im Wesentlichen parallelen Bahnverlauf entlang der inneren Seitenwand des zylindrischen Substrats in der zweiten spiralförmigen Richtung von einem aus oberem und unterem Rand des zylindrischen Substrats zu dem anderen aus oberem und unterem Rand windet, wobei die zweite Vielzahl von Drahtwindungen das Substrat durchquert und sich dann entlang der äußeren Seitenwand des zylindrisches Substrats in die erste spiralförmige Richtung zu dem einen aus oberem und unterem Rand windet, so dass jede Drahtwindung in der zweiten Vielzahl von Drahtwindungen entlang der Seitenwände des zylindrischen Substrats kreist und einen ersten Abschnitt umfasst, der entlang der inneren Seitenwand gewunden ist, sowie einen zweiten Abschnitt umfasst, der entlang der äußeren Seitenwand gewunden ist, wobei ein Azimutwinkel, der dem ersten Abschnitt jeder Drahtwindung in der ersten Vielzahl von Drahtwindungen und der zweiten Vielzahl von Drahtwindungen gegenüberliegt, größer ist als ein Azimutwinkel, der einem zweiten Abschnitt von diesen gegenüberliegt.

Description

ERFINDUNGSGEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf das Gebiet der Magnetresonanzbildgebung und insbesondere auf eine Gradientenspule für ein Magnetresonanzbildgebungsgerät.
BESCHREIBUNG DER DAZUGEHÖRIGEN TECHNIK
Die Gradientenspule eines Magnetresonanzbildgebungs(MRI)-Geräts liefert einen schnell variierenden linearen Feldgradienten. Konstrukteure suchen ständig nach Möglichkeiten, um die Effizienz von Gradientenspulen innerhalb des gegebenen Spielraums von Treiberkompatibilität und Kosten zu verbessern, während sie gleichzeitig bestrebt sind, den Durchmesser und die Öffnungsweite des Rohres zu maximieren und die Länge zu minimieren.
Die Lorentz-Kraft, die auf die Gradientenspulen einwirkt, kann Vibrationsmodi anregen und erheblichen akustischen Lärm verursachen, was für den Patienten unangenehm ist und die Betriebsleistung des Scanners einschränkt.
Gemäß dem Faraday’schen Gesetz induziert ein zeitvariables Magnetfeld ein elektrisches Feld E, welches wiederum in leitfähigen Strukturen elektrischen Strom induziert. Dadurch kann es zu peripherer Nervenstimulation (PNS) oder schmerzhaftem Vorhofflimmern kommen (welches lebensgefährlich sein kann).
Nach dem Stand der Technik gibt es einige Gradientenspulen-Geometrien, welche verwendet werden können, um einige Aspekte der Leistung zu verbessern oder akustischen Lärm zu reduzieren; allerdings sind diese Geometrien unter Umständen schwerer herzustellen oder beeinträchtigen die Leistung in Bezug auf andere Aspekte.
US-Patent US 5561371 beschreibt eine gefaltete Gradientenspule, bei der die Länge der Spule reduziert und die Leistung einer Transversal-Gradientenspule durch die Faltung der rückgeführten Bogendrähte auf die vorwärtslaufenden Bogendrähte verbessert werden kann. Allerdings sind solche Spulen schwer herzustellen, und es besteht die Notwendigkeit, mehrere Verbindungen zwischen den Primärwindungen herzustellen, wobei die Schirmwindungen zu Verlässlichkeitsproblemen führen können. Außerdem wäre es extrem schwierig, diesen Spulentyp mit einer Hohlrohrleitung zu konstruieren.
US-Patent US 5554929 beschreibt eine halbmondförmige Gradientenspule mit kompakter Größe und geringem akustischen Lärm. Allerdings sind diese Spulen darauf beschränkt, dieselbe Anzahl von Primär- und Schirmwindungen zu haben, wodurch sie grundsätzlich zu stark abgeschirmt werden, so dass unerwünschte Wechselwirkungen mit dem Magneten entstehen.
In "Design and Fabrication of a Three-Axis Edge ROU Head and Neck Gradient Coil", MRM, 44:955-963 (2000) von Blaine A. Chronik, Andrew Alejski und Brian K. Rutt wird eine asymmetrische Gradientenspule beschrieben. Obwohl eine asymmetrische Geometrie das Sichtfeld (FOV) sehr viel näher an ein Ende der Gradientenspule bringt, würde das Fehlen von Symmetrie zahlreiche Probleme aufwerfen, wozu unerwünschte elektromagnetische Kopplungs- und Drehmomenteinwirkung auf die Spule gehören.
US 6921042 B1 beschreibt einen Doppelhelixmagneten und die Möglichkeit zur Erzeugung multipolarer Felder. Konzentrische geneigte Doppelhelixmagnete erhält man durch die Wicklung von kompletten gekippten Leitern um einen Kern. Die US 0788904 B2 beschreibt eine spezielle Implementierung des oben genannten Magneten mit variierender Leiterbreite. Obwohl es mit dieser Konfiguration möglich ist, ein Quadrupolfeld zu erzeugen, resultieren solche kompletten Wicklungen auf einem einzigen Kern in Geometrien mit einer großen Länge und hoher Impedanz.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Daher besteht Bedarf an einer neuartigen Geometrie einer Gradientenspule, durch welche die Leistung der Gradientenspule verbessert werden kann und ein größerer Durchmesser und/oder eine größere Öffnungsweite des Rohres ermöglicht, akustischer Lärm reduziert und die Tendenz zur Verursachung von PNS gemindert wird, ohne dass die Herstellungskosten erhöht werden, die Verwendung einer Hohlrohrleitung ausgeschlossen oder die Leistung in Bezug auf andere Aspekte beeinträchtigt wird.
Um ein oder mehrere der oben beschriebenen Probleme zu lösen, liefert die vorliegende Erfindung eine Gradientenspule, welche Folgendes umfasst:
eine erste Spulenschicht bestehend aus einer ersten Vielzahl von Drahtwindungen, wobei die erste Vielzahl von Drahtwindungen sich in einem im Wesentlichen parallelen Bahnverlauf entlang einer inneren Seitenwand eines zylindrischen Substrats in eine erste spiralförmige Richtung von einem aus einem oberen Rand und einem unteren Rand des zylindrischen Substrats zu dem anderen aus oberem und unterem Rand windet, wobei die erste Vielzahl von Drahtwindungen das Substrat durchquert und sich dann entlang einer äußeren Seitenwand des zylindrischen Substrats in eine zweite spiralförmige Richtung zu dem einen aus oberem Rand und unterem Rand windet, so dass jede Drahtwindung in der ersten Vielzahl von Drahtwindungen entlang der Seitenwände des zylindrischen Substrats kreist und einen ersten Abschnitt umfasst, der entlang der inneren Seitenwand gewunden ist, sowie einen zweiten Abschnitt umfasst, der entlang der äußeren Seitenwand gewunden ist; und
eine zweite Spulenschicht, die zusammengesetzt ist aus einer zweiten Vielzahl von Drahtwindungen, wobei die zweite Vielzahl von Drahtwindungen sich in einem im Wesentlichen parallelen Bahnverlauf entlang der inneren Seitenwand des zylindrischen Substrats in die zweite spiralförmige Richtung von einem aus oberem und unterem Rand des zylindrischen Substrats zu dem anderen aus oberem und unterem Rand windet, wobei die zweite Vielzahl von Drahtwindungen das Substrat durchquert und sich dann entlang der äußeren Seitenwand des zylindrisches Substrats in der ersten spiralförmigen Richtung zu dem einen aus oberem und unterem Rand windet, so dass jede Drahtwindung in der zweiten Vielzahl von Drahtwindungen entlang der Seitenwände des zylindrischen Substrats kreist und einen ersten Abschnitt umfasst, der entlang der inneren Seitenwand gewunden ist, sowie einen zweiten Abschnitt umfasst, der entlang der äußeren Seitenwand gewunden ist, wobei ein Azimutwinkel, welcher dem ersten Abschnitt jeder Drahtwindung in der ersten Vielzahl von Drahtwindungen und der zweiten Vielzahl von Drahtwindungen gegenüberliegt, größer ist als ein Azimutwinkel, der dessen zweitem Abschnitt gegenüberliegt.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bildet der erste Abschnitt jeder Drahtwindung in der ersten Vielzahl von Drahtwindungen und der zweiten Vielzahl von Drahtwindungen eine Primärspule der Gradientenspule, wobei der zweite Abschnitt jeder Drahtwindung in der ersten Vielzahl von Drahtwindungen und der zweiten Vielzahl von Drahtwindungen eine Schildspule der Gradientenspule bildet.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind erste spiralförmige Richtung und zweite spiralförmige Richtung einander entgegengesetzt.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die erste spiralförmige Richtung eine linksgängige Richtung und die zweite spiralförmige Richtung ist eine rechtsgängige Richtung.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die erste spiralförmige Richtung eine rechtsgängige Richtung und die zweite spiralförmige Richtung eine linksgängige Richtung.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung durchquert der zweite Abschnitt jeder Drahtwindung in der ersten Vielzahl von Drahtwindungen und der zweiten Vielzahl von Drahtwindungen das Substrat und wird mit dem ersten Abschnitt der nächsten Drahtwicklung verbunden.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Stromrichtung in der ersten Spulenschicht dieselbe wie die Stromrichtung in der zweiten Spulenschicht.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verläuft sowohl die Stromrichtung in der ersten Spulenschicht als auch die Stromrichtung in der zweiten Spulenschicht in einer dem Uhrzeigersinn entgegengesetzten Richtung.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verläuft sowohl die Stromrichtung in der ersten Spulenschicht als auch die Stromrichtung in der zweiten Spulenschicht in einer Richtung im Uhrzeigersinn.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind der erste Abschnitt jeder Drahtwindung in der ersten Vielzahl von Drahtwindungen und der erste Abschnitt jeder Drahtwindung in der zweiten Vielzahl von Drahtwindungen auf der inneren Seitenwand des Substrats zu einem Netz verflochten, wobei der zweite Abschnitt jeder Drahtwindung in der ersten Vielzahl von Drahtwindungen und der zweite Abschnitt jeder Drahtwindung in der zweiten Vielzahl von Drahtwindungen übereinandergelegt sind, so dass auf der äußeren Seitenwand des Substrats ein Netz gebildet wird.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die erste Spulenschicht und die zweite Spulenschicht so konfiguriert, dass die Primärspule und die Schildspule in einer axialen Richtung des Substrats im Wesentlichen Nullstrom-Komponenten aufweisen.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die erste Spulenschicht und die zweite Spulenschicht so konfiguriert, dass die Primärspule und die Schildspule in einer Umfangsrichtung der Seitenwände des Substrats Stromkomponenten aufweisen, welche ein Streufeld minimieren.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Gradientenspule eine X-Gradientenspule.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Gradientenspule eine Y- Gradientenspule.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Gradientenspule eine Z-Gradientenspule.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst die Gradientenspule ferner passive Kompensatoren, die koplanar zu der ersten und/oder zweiten Spulenschicht sind und in einem spiralförmigen Bahnverlauf parallel zu den Drähten der ersten und/oder zweiten Spulenschicht eingefügt werden.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verlaufen die Schlitze für die passiven Kompensatoren zwischen den Drähten der Primär- und Schildspule.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung befinden sich passive Kompensatoren niedriger Ordnung an den Enden der Gradientenspule.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die Gradientenspule mit konventionellen Golay-Wicklungen oder Bogenspulen kombiniert.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verlaufen Leiter zwischen der ersten und der zweiten Spulenschicht oder elektrische Verbindungen werden zwischen der ersten und der zweiten Spulenschicht hergestellt.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden Schlitze in die Enden des Substrats geschnitten, so dass einige Drähte der Gradientenspule das Ende nicht erreichen.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden Ausschnitte in die Enden des Substrats eingebracht, um die Schultern eines Patienten aufzunehmen zu können.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind einige Drähte der Gradientenspule so ausgewählt, dass die Drähte umgeschaltet oder in ihrer Polarität verändert werden können, um die Größe, Form oder Position des Sichtfeldes zu verändern.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind einige Drähte der Gradientenspule so ausgewählt, dass die Drähte parallel geschaltet werden können.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das Substrat so unterteilt, dass mehrere Gadientenspulen entlang der Länge des Substrats in Serie angeordnet werden können.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung handelt es sich bei den Drähten der Gradientenspule um Hohlrohrleitungs- oder Multifaserleiter, oder sie sind aus Metallplatten hergestellt.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden die Drähte der Gradientenspule aus elektrisch leitfähigen Materialien hergestellt.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfassen die elektrisch leitfähigen Materialien Kupfer, Aluminium oder Legierungen, welche Kupfer oder Aluminium enthalten.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die Drähte der Gradientenspule aus Hoch- oder Tieftemperatur-Supraleitmaterial hergestellt.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst die Gradientenspule ferner Kühlrohre, die in einer spiralförmigen Konfiguration zwischen den Drähten der Gradientenspule gewunden sind.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein MR-Gerät geliefert, welches umfasst:
mindestens eine X-Gradientenspule, bei der es sich um eine Gradientenspule handelt, wie sie in Anspruch 1 aufgeführt wird;
mindestens eine Y-Gradientenspule, bei der es sich um eine Gradientenspule handelt, wie sie in Anspruch 1 aufgeführt wird, wobei die Y-Gradientenspule sich dasselbe Substrat mit der X-Gradientenspule teilt und wobei die Drähte der Y-Gradientenspule mit denen der X-Gradientenspule verschränkt sind.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst das MR-Gerät ferner mindestens eine Z-Gradientenspule, bei der es sich ebenfalls um eine Gradientenspule handelt, wie sie in Anspruch 1 aufgeführt wird.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Z-Gradientenspule ganz oder teilweise innerhalb der X- und Y-Gradientenspule eingekapselt.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst das MR-Gerät ferner Raumtemperatur-Kompensations-Spulen, die ganz oder teilweise innerhalb der X- und Y-Gradientenspule eingekapselt sind.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung haben die X- und Y-Gradientenspulen eine Geometrie, die in Bezug auf die XY-Ebene asymmetrisch ist.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst das MR-Gerät ferner eine Rohröffnung, deren zentraler Abschnitt gewölbt ist, so dass Klaustrophobie reduziert oder die Installierung einer RF-Spule beziehungsweise zusätzlicher Bildgebungsausrüstung ermöglicht wird.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst die zusätzliche Bildgebungsausrüstung einen PET-Scanner oder eine fokussierte Ultraschallvorrichtung.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist die Rohrweite einen konischer Eingang auf, um eine größere Öffnungsweite zu erreichen.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Rohrweite elliptisch, oder der untere Abschnitt der Rohröffnung ist elliptisch oder abgeflacht, so dass die sich unter einem Patientenbett des MR-Geräts befindenden Leiter näher an das Sichtfeld gebracht werden.
Bei der vorliegenden Erfindung wird eine spiralförmige Geometrie für die Gradientenspule und eine spiralförmige Doppelschicht-Spule verwendet, so dass die Z-Komponenten des Stroms (die Strom-Komponenten in der axialen Richtung des Substrats) zwischen den zwei Schichten aufgehoben werden können. Die vorliegende Erfindung kann durch Variation der phi-Komponenten (der Strom-Komponenten in der Umfangsrichtung der Seitenwand des Substrats) der Stromvektoren zwischen der Primär- und Schildspule das Streufeld minimieren, wodurch die Wechselwirkung zwischen der Gradientenspule und dem Magneten reduziert wird. Um das zu ermöglichen, ist der Azimutwinkel, welcher dem Bogen der Primärspule gegenüberliegt, normalerweise größer als der Azimutwinkel, welcher dem Bogen der Schildspule gegenüberliegt. Die vorliegende Erfindung umfasst Leiter, die im Wesentlichen in einer Längsrichtung ausgerichtet sind, so dass die Steifigkeit der Struktur erheblich erhöht wird. Die Gradientenspule der vorliegenden Erfindung weist eine reduzierte Größe, verbesserte Öffnungsweite, reduziertes akustisches Rauschen und reduzierte Wahrscheinlichkeit für PNS auf und lässt sich mit Einzelfaserleitern, Multifaserleitern oder Hohlrohrleitungen auf praktische Weise winden. Zusätzlich kann die vorliegende Erfindung bei einer symmetrischen oder nahezu symmetrischen Kopfgradient-Konstruktion verwendet werden.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Um ein eingehenderes Verständnis der Inhalte dieser Darlegung zu ermöglichen, wird nun Bezug auf die folgende Beschreibung genommen, wobei dies im Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen geschieht, für welche gilt:
1 ist ein schematisches Diagramm, das eine einzelne Drahtwindung einer Gradientenspule gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung illustriert;
2 ist ein schematisches Diagramm, das den inneren Abschnitt einer ersten Vielzahl von Wicklungen einer ersten Schicht gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung illustriert;
3 ist ein schematisches Diagramm, welches eine komplette Wicklung einer ersten Hälfte der ersten Vielzahl von Drahtwindungen einer ersten Schicht gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung illustriert;
4 ist ein schematisches Diagramm, das eine komplette Wicklung einer zweiten Hälfte der ersten Vielzahl von Drahtwindungen einer ersten Schicht gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung illustriert;
5 ist ein schematisches Diagramm, welches eine komplette Wicklung einer ersten Vielzahl von Drahtwindungen einer ersten Schicht gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung illustriert;
6 ist ein schematisches Diagramm, das einen Querschnitt einer ersten und zweiten Schicht gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung illustriert;
7 ist ein schematisches Diagramm, das den inneren Abschnitt einer ersten Hälfte einer ersten Vielzahl von Wicklungen einer ersten Schicht und den inneren Abschnitt einer ersten Hälfte einer zweiten Vielzahl von Wicklungen einer zweiten Schicht gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung illustriert;
8 ist ein schematisches Diagramm, das eine komplette Wicklung einer ersten Hälfte der ersten Vielzahl von Wicklungen einer erster Schicht und eine komplette Wicklung einer ersten Hälfte einer zweiten Vielzahl von Wicklungen einer zweiten Schicht gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung illustriert;
9 ist ein schematisches Diagramm, das den inneren Abschnitt einer ersten Vielzahl von Wicklungen einer ersten Schicht einer X-Spule und einer Y-Spule, die gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verschränkt sind, illustriert;
10 zeigt die konische Rohröffnungs-Konfiguration mit der spiralförmigen Gradientenspule gemäß der vorliegenden Erfindung; und
11 zeigt in schematischer Form eine Ausführungsform der spiralförmigen Gradientenspule gemäß der vorliegenden Erfindung in Kombination mit einer Bogenspule.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Spezifische Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden detailliert beschrieben, wobei aber die vorliegende Erfindung nicht auf diese spezifischen Ausführungsformen begrenzt werden soll.
1 illustriert eine schematische Darstellung einer einzelnen Drahtwindung einer Gradientenspule gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Wie in 1 gezeigt, windet sich der Single-Turn-Draht entlang der inneren Seitenwand des Substrats in einer linksgängigen Richtung in Bezug auf den Punkt A ausgehend vom Punkt A auf dem oberen Rand des zylindrischen Substrats der Gradientenspule zum Punkt B auf dem unteren Rand, durchquert das Substrat von der inneren Seitenwand zu der äußeren Seitenwand an dem Punkt B, und windet sich weiter entlang der äußeren Seitenwand in einer rechtsgängigen Richtung in Bezug auf den Punkt A zum Punkt C auf dem oberen Rand des zylindrischen Substrats. Die Richtungen der Pfeile in der Figur stellen die Wicklungsrichtungen dar. Der Azimutwinkel vom Punkt A zum Punkt C beträgt in der Wicklungsrichtung des Drahtes ungefähr 360 Grad. Folglich verläuft der Ein-Windungs-Draht entlang der Seitenwände des zylindrischen Substrats. Wie in 1 gezeigt, ist der Azimutwinkel, welcher dem Drahtabschnitt AB entlang der inneren Seitenwand des Substrats gegenüberliegt, größer als der Azimutwinkel, der dem Drahtabschnitt BC entlang der äußeren Seitenwand des Substrates gegenüberliegt. Mit anderen Worten beträgt der Azimutwinkel, der dem Drahtabschnitt BC gegenüberliegt, weniger als 180 Grad. Bei der obigen Ausführungsform wird der Drahtabschnitt AB, welcher in einer linksgängigen Richtung in Bezug auf den Punkt A gewunden ist, und der Drahtabschnitt BC, der in einer rechtsgängigen Richtung in Bezug auf den Punkt A gewunden ist, als Beispiel gewählt. In einer alternativen Ausführungsform kann der Drahtabschnitt AB in einer rechtsgängigen Richtung und der Drahtabschnitt BC in einer linksgängigen Richtung gewunden sein. Obwohl illustriert wird, dass die Wicklung von einem Punkt auf dem oberen Rand ausgeht, sei zusätzlich darauf hingewiesen, dass die Wicklung auch von einem Punkt auf dem unteren Rand ausgehen kann.
Mit einer nachfolgenden Drahtwicklung durchquert das Ende C des Drahtabschnitts BC die Seitenwand des Substrats, so dass es den Punkt D auf dem unteren Rand erreicht, wobei der Punkt D sich auf der inneren Seitenwand des Substrats und neben dem Punkt A befindet (wie in 1 gezeigt). Der Draht ist entlang der Seitenwände des Substrats in einem Bahnverlauf gewunden, der im Wesentlichen parallel zum Draht ABC verläuft, wobei er vom Punkt D ausgeht, so dass eine weitere Drahtwicklung geformt wird. Eine Vielzahl von Drahtwindungen ist entlang der Seitenwände des Substrats auf die oben genannte Weise gewunden. Die Bahnverläufe der Vielzahl von Drahtwindungen, welche eine erste Spulenschicht der Gradientenspule entlang der inneren und äußeren Seitenwand des Substrats bilden, sind im Wesentlichen parallel. Jede der Vielzahl von Drahtwindungen kreist entlang der Seitenwände des zylindrischen Substrats und umfasst einen ersten Abschnitt, der entlang der inneren Seitenwand gewunden ist, und einen zweiten Abschnitt, der entlang der äußeren Seitenwand gewunden ist, und der Azimutwinkel, der dem ersten Abschnitt gegenüberliegt, ist größer als der Azimutwinkel, der dem zweiten Abschnitt gegenüberliegt.
2 illustriert den inneren Abschnitt der ersten und zweiten Schicht, wobei das Substrat deutlichkeitshalber ausgelassen wurde.
3 illustriert eine komplette Wicklung einer ersten Hälfte einer ersten Schicht, wobei das Substrat deutlichkeitshalber ausgelassen wurde. Wie in 3 gezeigt, windet sich die Vielzahl von Drahtwindungen, welche die erste Primärspulenschicht bilden, in einer dem Uhrzeigersinn entgegengesetzten Richtung von dem unteren Rand des Substrats zum oberen Rand, und die Vielzahl von Drahtwindungen, welche die erste Schicht der Schildspule bilden, winden sich weiterhin in eine dem Uhrzeigersinn entgegengesetzte Richtung von dem unteren Rand des Substrats zu dem oberen Rand.
4 illustriert eine komplette Wicklung einer zweiten Hälfte einer ersten Schicht, wobei das Substrat deutlichkeitshalber ausgelassen wurde. Wie in 4 gezeigt, windet sich die Vielzahl von Drahtwindungen, welche die erste Primärspulenschicht bilden, in einer dem Uhrzeigersinn entgegengesetzten Richtung von dem unteren Rand des Substrats zum oberen Rand, und die Vielzahl von Drahtwindungen, welche die erste Schicht der Schildspule bilden, windet sich weiterhin in einer dem Uhrzeigersinn entgegengesetzten Richtung von dem unteren Rand des Substrats zu dem oberen Rand.
5 illustriert eine komplette Wicklung einer ersten Schicht, wobei das Substrat deutlichkeitshalber ausgelassen wurde.
Die obigen Erklärungen beziehen sich auf die erste Schicht der spiralförmigen Spule. In der vorliegenden Erfindung wird eine spiralförmige Doppelschicht-Spule vorgestellt. Die zweite Schicht der spiralförmigen Spule besteht ebenfalls aus einer Vielzahl von Drahtwindungen, wobei jede der Vielzahl von Drahtwindungen entlang der Seitenwände des Substrats in einem im Wesentlichen parallelen Bahnverlauf kreist. Ähnlich der ersten Schicht der spiralförmigen Spule umfasst auch jede Drahtwindung der zweiten Schicht der spiralförmigen Spule einen ersten Abschnitt, der sich entlang der inneren Seitenwand des Substrats von einem Rand zum anderen Rand des Substrats windet, und den zweiten Abschnitt, der entlang der äußeren Seitenwand des Substrats von dem anderen Rand zu dem einen Rand des Substrats verläuft, wobei der Azimutwinkel, welcher dem ersten Abschnitt gegenüberliegt, größer ist als der Azimutwinkel, der dem zweiten Abschnitt gegenüberliegt. Anders als die erste Schicht der spiralförmigen Spule ist die spiralförmige Richtung, in welcher der erste Abschnitt jeder Drahtwindung in der zweiten Schicht der spiralförmigen Spule entlang der Innenwand des Substrats gewunden ist, der spiralförmigen Richtung entgegengesetzt, in welcher der erste Abschnitt jeder Drahtwindung in der ersten Schicht der spiralförmigen Spule gewunden ist, und die spiralförmige Richtung, in welcher der zweite Abschnitt jeder Drahtwindung in der zweiten Schicht der spiralförmige Spulen entlang der Außenwand des Substrats gewunden ist, ist ebenfalls der spiralförmigen Richtung entgegengesetzt, in welcher der zweite Abschnitt jeder Drahtwindung in der ersten Schicht der spiralförmigen Spule gewunden ist, so dass der erste Abschnitt jeder Drahtwindung in der ersten Schicht der spiralförmigen Spule und der erste Abschnitt jeder Drahtwindung in der zweiten Schicht der spiralförmigen Spule übereinandergelegt sind, wodurch sie auf der inneren Seitenwand des Substrats ein Netz bilden, wobei der zweite Abschnitt jeder Drahtwindung in der ersten Schicht der spiralförmigen Spule und der zweite Abschnitt jeder Drahtwindung in der zweiten Schicht der spiralförmigen Spule ebenfalls übereinandergelegt sind, so dass sie auf der äußeren Seitenwand des Substrats ein Netzt bilden. Wenn beispielsweise der erste Abschnitt jeder Drahtwindung in der ersten Schicht der spiralförmigen Spule in einer linksgängigen Richtung und deren zweiter Abschnitt in einer rechtsgängigen Richtung gewunden ist, ist der erste Abschnitt jeder Drahtwindung in der zweiten Schicht der spiralförmigen Spule in einer rechtsgängigen Richtung und deren zweiter Abschnitt in einer linksgängigen Richtung gewunden.
6 illustriert einen Querschnitt einer ersten und zweiten Schicht einer spiralförmigen Spule, wobei das Substrat deutlichkeitshalber ausgelassen wurde. Unter der Vielzahl von Drahtwindungen, welche die zweite Schicht der spiralförmigen Spule darstellen, bilden die ersten Abschnitte, die entlang der inneren Seitenwand gewunden sind, die zweite Primärspulenschicht, und die zweiten Abschnitte, die entlang der äußeren Seitenwand gewunden sind, bilden die zweite Schicht der Schildspule.
7 illustriert eine schematische Darstellung des inneren Abschnitts einer ersten Hälfte einer ersten Vielzahl von Wicklungen einer ersten Schicht und des inneren Abschnitts einer ersten Hälfte einer zweiten Vielzahl von Wicklungen einer zweiten Schicht, wobei das Substrat deutlichkeitshalber ausgelassen wurde. Wie anhand von 7 deutlich wird, ist, da die spiralförmigen Richtungen des ersten Abschnitts jeder Drahtwindung in der ersten Schicht der spiralförmigen Spule und der zweiten Schicht der spiralförmigen Spule einander entgegengesetzt sind, jeder der Drähte in der ersten Primärspulenschicht und jeder der Drähte in der zweiten Primärspulenschicht übereinandergelegt, so dass sie ein Netz bilden. Wenn die Stromrichtungen der ersten Schicht der spiralförmigen Spule und der zweiten Schicht der spiralförmige Spule gleich sind, d.h. beide in die dem Uhrzeigersinn entgegengesetzte Richtung oder beide in die Richtung im Uhrzeigersinn laufen, können die Komponenten der Stromvektoren für jeden der Drähte in der ersten Primärspulenschicht und der Drähte der zweiten Primärspulenschicht in Z-Richtung (d.h. der axialen Richtung des Substrats) teilweise oder vollständig aufgehoben werden. Indem die Richtung des Bahnverlaufes jeden Drahtes und/oder die Strommenge angepasst wird, kann die Komponente des Stroms in Z-Richtung in der ersten Primärspulenschicht und der zweiten Primärspulenschicht Null erreichen. Zusätzlich wird durch Anpassung der Richtung des Bahnverlaufes jeden Drahtes und/oder der Strommenge die Komponente des Stroms in der azimutale Richtung (d.h. der Umfangsrichtung der Seitenwand des Substrats) in der ersten Primärspulenschicht und der zweiten Primärspulenschicht weiter angepasst, um das Streufeld zu minimieren.
8 illustriert eine schematische Darstellung einer kompletten Wicklung einer ersten Hälfte der ersten Vielzahl von Wicklungen einer ersten Schicht und eine komplette Wicklung einer ersten Hälfte einer zweiten Vielzahl von Wicklungen einer zweiten Schicht, wobei deutlichkeitshalber auf die Illustration des Substrats verzichtet wird. Ähnlich wie bei der ersten und zweiten Primärspulenschicht wird, da die spiralförmige Richtung des zweiten Abschnitts jeder Drahtwindung in der ersten Schicht der spiralförmigen Spule und der zweiten Schicht der spiralförmigen Spule einander entgegengesetzt sind, jeder der Drähte in der ersten Schildspulenschicht und jeder der Drähte in der zweiten Schildspulenschicht übereinandergelegt, so dass sie ein Netz bilden. Ebenso kann durch die Anpassung der Richtung des Bahnverlaufes jedes Drahtes und/oder der Strommenge die Komponente des Stroms in Z-Richtung in der ersten Schildspulenschicht und der zweiten Schildspulenschicht Null erreichen, und das Streufeld kann minimiert werden. Da der Winkel, der jedem Draht der Schildspule in der Umfangsrichtung der Seitenwand des Substrats gegenüberliegt, weniger als 180 Grad beträgt, hat jeder Draht eine kleinere Stromkomponente in der Umfangsrichtung verglichen mit jener in jedem Draht der Primärspule, wodurch die Realisierung einer hervorragenden Abschirmleistung ermöglicht wird.
In einer Ausführungsform der Erfindung umfasst die Gradientenspule passive Kompensatoren, die koplanar zu der ersten und /der zweiten Spulenschicht sind und in einem spiralförmigen Bahnverlauf parallel zu den Drähten der ersten und/oder zweiten Spulenschicht eingeführt werden, wobei sich passive Kompensatoren niederer Ordnung an den Enden der Gradientenspule befinden. Schlitze für die passiven Kompensatoren können zwischen den inneren oder primären Wicklungen und den rückgeführten äußeren oder Schirmwicklungen verlaufen.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist das Substrat der Gradientenspule so unterteilt, dass mehrere spiralförmige Gradientenspulen entlang der Länge des Substrats in Serie angeordnet werden können, was bei bestimmten Anwendungen vorteilhaft sein kann. In einer anderen Ausführungsform der Erfindung verlaufen Leiter zwischen der ersten und der zweiten Spulenschicht, oder elektrische Verbindungen werden zwischen der ersten und der zweiten Spulenschicht hergestellt.
Gemäß einer Ausführungsform handelt es sich bei den Drähten der Gradientenspule um Einzelfaserleiter, Multifaserleiter, Hohlrohrleitungen, oder sie werden aus Metallplatten hergestellt. Gemäß einer anderen Ausführungsform werden die Drähte der Gradientenspule aus elektrisch leitfähigen Materialien wie Kupfer, Aluminium oder aus Legierungen, welche Kupfer oder Aluminium enthalten, hergestellt. In einer anderen Ausführungsform bestehen die Drähte der Gradientenspule aus Hoch- oder Tieftemperatur-Supraleitmaterial.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung können einige Drähte der Gradientenspule so ausgewählt werden, dass die Drähte umgeschaltet oder in ihrer Polarität verändert werden können, um die Größe, Form oder Position des Sichtfeldes zu verändern. In einer anderen Ausführungsform sind einige Drähte der Gradientenspule so ausgewählt, dass die Drähte parallel geschaltet werden können.
In einer Ausführungsform der Erfindung können Schlitze in die Enden des Substrats eingeschnitten werden, so dass einige Drähte der Gradientenspule vom Primär- zum Schildbereich übergehen können, bevor sie das Ende des Substrats erreichen, wodurch die Effizienz der Spule erhöht werden kann. In einer anderen Ausführungsform werden Ausschnitte in die Enden des Substrats eingebracht, um die Schultern eines Patienten aufnehmen zu können.
In einer Ausführungsform der Erfindung umfasst die Gradientenspule ferner Kühlrohre, die in einer spiralförmigen Konfiguration zwischen den Drähten der Gradientenspule gewunden sind.
Die Gradientenspule kann, wie oben beschrieben, mit konventionellen Golay-Wicklungen oder Bogenspulen (wie in 11 gezeigt) kombiniert werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist jede Drahtwindung in der Primärspule und der Schildspule in Form einer Spirale gewunden, und zwei Spiralen sind an den Enden der Gradientenspule zusammengefügt. Somit haben die Stromvektoren jeder Drahtwindung in der Primärspule und der Schildspule eine azimutale Komponente und eine Z-Komponente. Unter Verwendung einer spiralförmigen Doppelschicht-Spule können die Z-Komponenten der Ströme zwischen den Schichten der Primärspule und der Schildspule aufgehoben werden. Indem die azimutale Komponente des Stromvektors zwischen der Primärspule und der Schildspule variiert wird, kann das Streufeld minimiert werden. Da der Azimutwinkel, welcher dem Bogen der Primärspule gegenüberliegt, größer ist als der Azimutwinkel, der dem Bogen der Schildspule gegenüberliegt, hat solche eine Konstruktionsweise maßgeblicher Weise eine erheblich verbesserte Leistung, reduzierte physische Größe, geringeres akustisches Rauschen sowie eine reduzierte Tendenz, PNS hervorzurufen.
Vorstudien haben gezeigt, dass eine spiralförmige Spule eine erheblich reduzierte physische Größe sowie verbesserte Leistung aufweist, und dass bei ihr zu erwarten ist, dass im Vergleich zu einem konventionellen Gradienten weniger Vibration und akustisches Rauschen hervorgerufen werden. Die spiralförmige Geometrie bietet sich an für eine Drahtwicklungs-Herstellungstechnik, bei der die Primär- und Schildspule mit einer durchgehenden Länge eines Drahtes gewunden sind, was in deutlich weniger Lötverbindungen als bei einer traditionellen gefalteten Gradientengeometrie resultiert, wodurch Herstellungskosten reduziert und Zuverlässigkeit erhöht wird.
Ein MR-Gerät umfasst typischerweise X-, Y- und Z-Gradientenspulen. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind die Drähte jeder der X- und Y-Gradientenspule in einer spiralförmigen Konfiguration gewunden, wie oben beschrieben. Die X-Gradientenspule entspricht exakt der Y-Gradientenspule, außer dass die Geometrie um 90 Grad gedreht ist und es, wie in 9 zu sehen ist, möglich ist, die Drähte der X-Gradientenspule in den Lücken der Drähte der Y-Gradientenspule einzufügen, so dass sie denselben radialen Raum einnehmen. Dadurch entfällt die Notwendigkeit, zwei Substrate jeweils für die X- und Y-Gradientenspule zur Verfügung stellen zu müssen. Das heisst, dass sich die Y-Gradientenspule dasselbe Substrat mit der X-Gradientenspule teilt, wobei Drähte der Y-Gradientenspule mit denen der X-Gradientenspule verschränkt sind. In einer Ausführungsform der Erfindung haben die X- und Y-Gradientenspule eine Geometrie, die in Bezug auf die XY-Ebene, welche durch X- und Y-Achsen definiert ist, asymmetrisch ist. Durch Anpassung des Winkels, der zwischen den überkreuzten Drähten der ersten und zweiten Spulenschichten entsteht, und der Stromstärke können geeignete Magnetfeldgradienten in den X- und Y-Achsen erzielt werden. 9 illustriert den inneren Abschnitt einer ersten Vielzahl von Wicklungen der ersten Schicht der X- und Y-Gradientenspule, welche sich dasselbe Substrat (nicht gezeigt) teilen, wie oben erwähnt. In einer Ausführungsform der Erfindung handelt es sich bei der Z-Gradientenspule des MR-Geräts ebenfalls um eine Gradientenspule, wie oben beschrieben. Alternativ kann die Z-Gradientenspule ganz oder teilweise innerhalb der X- und Y-Gradientenspule eingekapselt sein und sich nicht dasselbe Substrat mit der X- und Y-Spule teilen.
Die Konfiguration der Spulen macht es möglich, dass der zentrale Abschnitt der Rohrweite des MR-Geräts gewölbt werden kann, so dass Klaustrophobie reduziert wird oder die Installierung der RF-Spule beziehungsweise zusätzlicher Bildgebungsausrüstung, wie beispielsweise eines PET-Scanners oder einer fokussierten Ultraschallvorrichtung, ermöglicht wird.
In einer Ausführungsform der Erfindung hat die Rohrweite eine nicht-zylindrische Form, wie beispielsweise eine elliptische Form, oder der untere Abschnitt der Rohröffnung ist elliptisch oder abgeflacht, so dass die sich unter einem Patientenbett des MR-Geräts befindenden Leiter näher an das Sichtfeld gebracht werden, damit die Effizienz der Spule erhöht wird.
In einer Ausführungsform der Erfindung hat die Rohrweite des Gradienten einen konischen Eingang, um eine größere Öffnungsweite zu erreichen, wie in 1 gezeigt.
Das MR-Gerät umfasst optional Raumtemperatur-Kompensations-Spulen, die ganz oder teilweise innerhalb der X- und Y-Gradientenspule eingekapselt sind.
Obwohl spezifische Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung oben unter Bezugnahme auf die dazugehörigen Zeichnungen beschrieben worden sind, werden sich auf diesem Gebiet fachkundige Personen darüber im Klaren sein, dass verschiedene Änderungen, Modifikationen und äquivalente Abwandlungen an diesen vorgenommen werden können, ohne dass eine Abweichung vom Schutzumfang der Darlegung vorliegt. Diese Veränderungen, Modifikationen und äquivalente Abwandlungen sind in der Wesensart und dem Schutzumfang vorgesehen, wie er durch die angehängten Patentansprüche definiert wird.
Die vorliegende Erfindung stellt eine Gradientenspule vor, die folgendes umfasst: eine erste Schicht, zusammengesetzt aus einer ersten Vielzahl von Drahtwindungen, wobei die erste Vielzahl von Drahtwindungen sich in einem im Wesentlichen parallelen Bahnverlauf entlang einer inneren Seitenwand eines zylindrischen Substrats in einer ersten spiralförmigen Richtung von einem aus einem oberen und einem unteren Rand des zylindrischen Substrats zu dem anderen des oberen und unteren Rand windet, wobei die erste Vielzahl von Drahtwindungen das Substrat durchquert und sich dann entlang einer äußeren Seitenwand des zylindrischen Substrats in einer zweiten spiralförmigen Richtung zu dem einen aus oberem Rand und unterem Rand windet, so dass jede Drahtwindung in der ersten Vielzahl von Drahtwindungen entlang der Seitenwände des zylindrischen Substrats kreist und einen ersten Abschnitt umfasst, der entlang der inneren Seitenwand gewunden ist, sowie einen zweiten Abschnitt umfasst, der entlang der äußeren Seitenwand gewunden ist; und eine zweite Spulenschicht, zusammengesetzt aus einer zweiten Vielzahl von Drahtwindungen, wobei die zweite Vielzahl von Drahtwindungen sich in einem im Wesentlichen parallelen Bahnverlauf entlang der inneren Seitenwand des zylindrischen Substrats in der zweiten spiralförmigen Richtung von einem aus oberem und unterem Rand des zylindrischen Substrats zu dem anderen aus oberem und unterem Rand windet, wobei die zweite Vielzahl von Drahtwindungen das Substrat durchquert und sich dann entlang der äußeren Seitenwand des zylindrisches Substrats in die erste spiralförmige Richtung zu dem einen aus oberem und unterem Rand windet, so dass jede Drahtwindung in der zweiten Vielzahl von Drahtwindungen entlang der Seitenwände des zylindrischen Substrats kreist und einen ersten Abschnitt umfasst, der entlang der inneren Seitenwand gewunden ist, sowie einen zweiten Abschnitt umfasst, der entlang der äußeren Seitenwand gewunden ist, wobei ein Azimutwinkel, der dem ersten Abschnitt jeder Drahtwindung in der ersten Vielzahl von Drahtwindungen und der zweiten Vielzahl von Drahtwindungen gegenüberliegt, größer ist als ein Azimutwinkel, der einem zweiten Abschnitt von diesen gegenüberliegt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 5561371 [0006]
US 5554929 [0007]
US 6921042 B1 [0009]
US 0788904 B2 [0009]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

“Design and Fabrication of a Three-Axis Edge ROU Head and Neck Gradient Coil”, MRM, 44:955-963 (2000) von Blaine A. Chronik, Andrew Alejski und Brian K. Rutt [0008]

Claims

Gradientenspule, umfassend: eine erste Spulenschicht, die zusammengesetzt ist aus einer Anzahl erster Drahtwindungen, wobei die ersten Drahtwindungen sich in einem im Wesentlichen parallelen Bahnverlauf entlang einer inneren Seitenwand eines zylindrischen Substrats in einer ersten spiralförmigen Richtung von einem aus einem oberen und einem unteren Rand des zylindrischen Substrats zu dem anderen aus oberem und unterem Rand winden, wobei die ersten Drahtwindungen das Substrat durchqueren und sich dann entlang einer äußeren Seitenwand des zylindrischen Substrats in einer zweiten spiralförmigen Richtung zu dem einen aus dem oberen Rand und dem unteren Rand winden, so dass jede der ersten Drahtwindungen entlang der Seitenwände des zylindrischen Substrats kreisförmig verläuft und einen ersten Abschnitt umfasst, der entlang der inneren Seitenwand gewunden ist, sowie einen zweiten Abschnitt umfasst, der entlang der äußeren Seitenwand gewunden ist; und eine zweite Spulenschicht, die zusammengesetzt ist aus einer Anzahl zweiter Drahtwindungen, wobei die zweiten Drahtwindungen sich in einem im Wesentlichen parallelen Bahnverlauf entlang der inneren Seitenwand des zylindrischen Substrats in der zweiten spiralförmigen Richtung von einem aus oberem und unterem Rand des zylindrischen Substrats zu dem anderen aus oberem und unterem Rand winden, wobei die zweiten Drahtwindungen das Substrat durchqueren und sich dann entlang der äußeren Seitenwand des zylindrischen Substrats in der ersten spiralförmigen Richtung zu dem oberen oder unteren Rand winden, so dass jede der zweiten Drahtwindungen entlang der Seitenwände des zylindrischen Substrats kreisförmig verläuft und einen ersten Abschnitt umfasst, der entlang der inneren Seitenwand gewunden ist, sowie einen zweiten Abschnitt umfasst, der entlang der äußeren Seitenwand gewunden ist.
Gradientenspule gemäß Anspruch 1, wobei der erste Abschnitt jede der ersten Drahtwindungen und der zweiten Drahtwindungen eine Primärspule der Gradientenspule bildet, und wobei der zweite Abschnitt jeder ersten Drahtwindung und jeder zweiten Drahtwindung eine Schildspule der Gradientenspule bildet.
Gradientenspule gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die erste spiralförmige Richtung und die zweite spiralförmige Richtung einander entgegengesetzt sind.
Gradientenspule gemäß Anspruch 3, wobei die erste spiralförmige Richtung eine linksgängige Richtung und die zweite spiralförmige Richtung eine rechtsgängige Richtung ist.
Gradientenspule gemäß Anspruch 3, wobei die erste spiralförmige Richtung eine rechtsgängige Richtung und die zweite spiralförmige Richtung eine linksgängige Richtung ist.
Gradientenspule gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der zweite Abschnitt jeder Drahtwindung der ersten Drahtwindungen und der zweiten Drahtwindungen das Substrat durchquert und mit dem ersten Abschnitt der nächsten Drahtwicklung verbunden ist.
Gradientenspule gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei eine Stromrichtung in der ersten Spulenschicht dieselbe ist wie die Stromrichtung in der zweiten Spulenschicht.
Gradientenspule gemäß Anspruch 7, wobei sowohl die Stromrichtung in der ersten Spulenschicht als auch die Stromrichtung in der zweiten Spulenschicht eine dem Uhrzeigersinn entgegengesetzte Richtung ist.
Gradientenspule gemäß Anspruch 7 oder 8, wobei sowohl die Stromrichtung der ersten Spulenschicht als auch die Stromrichtung der zweiten Spulenschicht eine Richtung im Uhrzeigersinn ist.
Gradientenspule gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der erste Abschnitt jeder ersten Drahtwindung und der erste Abschnitt jeder zweiten Drahtwindung übereinandergelegt sind, so dass sie auf der inneren Seitenwand des Substrats ein Netz bilden, und wobei der zweite Abschnitt jeder ersten Drahtwindung und der zweite Abschnitt jeder zweiten Drahtwindung übereinandergelegt sind, so dass sie auf der äußeren Seitenwand des Substrats ein Netz bilden.
Gradientenspule gemäß Anspruch 2, wobei die erste Spulenschicht und die zweite Spulenschicht so konfiguriert sind, dass die Primärspule und die Schildspule im Wesentlichen Nullstrom-Komponenten in einer axialen Richtung des Substrats aufweisen.
Gradientenspule gemäß Anspruch 2, wobei die erste Spulenschicht und die zweite Spulenschicht so konfiguriert sind, dass die Primärspule und die Schildspule Stromkomponenten in einer Umfangsrichtung der Seitenwände des Substrats aufweisen, welche das Streufeld minimieren.
Gradientenspule gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei es sich bei der Gradientenspule um eine X-Gradientenspule handelt.
Gradientenspule gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei es sich bei der Gradientenspule um eine Y-Gradientenspule handelt.
Gradientenspule gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei es sich bei der Gradientenspule um eine Z-Gradientenspule handelt.
Gradientenspule gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, ferner passive Kompensatoren umfassend, welche koplanar zu der ersten und/oder zweiten Spulenschicht sind und in einem spiralförmigen Bahnverlauf parallel zu den Drähten der ersten und/oder zweiten Spulenschicht eingeführt werden.
Gradientenspule gemäß Anspruch 2, wobei zwischen den Drähten der Primär- und Schildspulen Schlitze für die passiven Kompensatoren verlaufen.
Gradientenspule gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei sich passive Kompensatoren niedriger Ordnung an den Enden der Gradientenspule befinden.
Gradientenspule gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, die mit konventionellen Golay-Wicklungen oder Bogenspulen kombiniert ist.
Gradientenspule gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei Leiter zwischen der ersten und der zweiten Spulenschicht verlaufen, oder elektrische Verbindungen zwischen der ersten und der zweiten Spulenschicht hergestellt werden.
Gradientenspule gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei in die Enden des Substrats Schlitze eingeschnitten sind, so dass einige Drähte der Gradientenspule das Ende nicht erreichen.
Gradientenspule gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei Ausschnitte am Ende des Substrats eingebracht werden, um die Schultern eines Patienten aufzunehmen.
Gradientenspule gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei einige Drähte der Gradientenspule so ausgewählt sind, dass die Drähte umgeschaltet oder in ihrer Polarität verändert werden können, so dass die Größe, Form oder Position des Sichtfeldes verändert wird.
Gradientenspule gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei einige Drähte der Gradientenspule so ausgewählt sind, dass die Drähte parallel geschaltet werden können.
Gradientenspule gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Substrat so unterteilt ist, dass mehrere Gadientenspulen entlang der Länge des Substrats in Serie angeordnet werden können.
Gradientenspule gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Drähte der Gradientenspule Einzelfaserleiter, Multifaserleiter oder Hohlrohrleitungen sind, oder aus einer Metallplatte hergestellt sind.
Gradientenspule gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Drähte der Gradientenspule aus elektrisch leitfähigen Materialien hergestellt sind.
Gradientenspule gemäß Anspruch 27, wobei die elektrisch leitfähigen Materialien Kupfer, Aluminium oder eine Legierungen umfassen, welche Kupfer oder Aluminium enthält.
Gradientenspule gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Drähte der Gradientenspule aus einem Hoch- oder Tieftemperatur-Supraleitmaterial bestehen.
Gradientenspule gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, ferner Kühlrohre umfassend, die in einer spiralförmigen Konfiguration zwischen den Drähten der Gradientenspule gewunden sind.
Gradientenspule gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei ein Azimutwinkel, der dem ersten Abschnitt jeder Drahtwindung in der ersten Vielzahl von Drahtwindungen und der zweiten Vielzahl von Drahtwindungen gegenüberliegt, größer als ein Azimutwinkel ist, der einem zweiten Abschnitt von diesen gegenüberliegt.
MR-Gerät, umfassend: mindestens eine X-Gradientenspule, bei der es sich um eine Gradientenspule handelt, wie sie in Anspruch 1 aufgeführt wird; und Y-Gradientenspule, bei der es sich um eine Gradientenspule handelt, wie sie in Anspruch 1 aufgeführt wird.
MR-Gerät gemäß Anspruch 32, wobei die Y-Gradientenspule sich dasselbe Substrat mit der X-Gradientenspule teilt und wobei die Drähte der Y-Gradientenspule mit denen der X-Gradientenspule verschränkt sind.
MR-Gerät gemäß Anspruch 32, ferner eine Z-Gradientenspule umfassend, bei der es sich ebenfalls um eine Gradientenspule handelt, wie sie in Anspruch 1 aufgeführt wird.
MR-Gerät gemäß Anspruch 34, wobei die Z-Gradientenspule ganz oder teilweise innerhalb der X- und Y-Gradientenspule eingekapselt ist.
MR-Gerät gemäß Anspruch 32, ferner Raumtemperatur-Kompensations-Spulen umfassend, die ganz oder teilweise innerhalb der X- und Y-Gradientenspule eingekapselt sind.
MR-Gerät gemäß Anspruch 32, wobei die X- und Y-Gradientenspule eine Geometrie haben, die in Bezug auf die XY-Ebene asymmetrisch ist.
MR-Gerät gemäß Anspruch 32, ferner eine Rohröffnung umfassend, deren zentraler Abschnitt gewölbt ist, so dass Klaustrophobie reduziert oder die Installierung der RF-Spule beziehungsweise zusätzlicher Bildgebungsausrüstung ermöglicht wird.
MR-Gerät gemäß Anspruch 38, wobei die zusätzliche Bildgebungsausrüstung einen PET-Scanner oder eine fokussierte Ultraschallvorrichtung umfasst.
MR-Gerät gemäß Anspruch 32, ferner eine Rohröffnung umfassend, die einen konischen Eingang hat, um eine größere Öffnungsweite zu erreichen.
MR-Gerät gemäß Anspruch 32, ferner eine Rohröffnung umfassend, die elliptisch ist oder deren unterer Abschnitt elliptisch oder abgeflacht ist, so dass die sich unter einem Patientenbett des MR-Geräts befindenden Leiter näher an das Sichtfeld gebracht werden.