DE4010032C2 - Magnetsystem - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Magnetsystem für die Kernspinresonanz-Spektroskopie, insbesondere für die In-vivo-Spektroskopie und die Tomographie von Gliedmaßen oder einer Schulter des menschlichen Körpers (Teilkörpertomographie), mit einer supraleitfähigen Magnetspulenanordnung, die im axialen Abstand voneinander angeordnete Spulensätze aufweist, zum Erzeugen eines statischen homogenen Magnetfeldes in einem Untersuchungsvolumen, mit einem Spulenträger, der die Spulensätze trägt und bei tiefer Temperatur starr miteinander verbindet, und mit einem Kryostaten zum Kühlen der Wicklungen, wobei der Kryostat einen ersten Kühlmitteltank für ein erstes Kühlmittel aufweist, der sich mindestens teilweise im Bereich des die Spulensätze verbindenden Teils des Spulenträgers befindet.

Ein solches Magnetsystem ist aus der DE 33 08 157 A1 bekannt, wobei die Druckschrift jedoch keinen Hinweis bezüglich der Größe des beschriebenen Magnetsystems gibt. Mit dieser Konstruktion werden üblicherweise Magnetsysteme für Ganzkörpertomographen hergestellt.

Supraleitende Magnetsysteme für die Teilkörpertomographie werden bisher mit einer ähnlichen Geometrie wie für die Ganzkörpertomographie hergestellt, jedoch mit kleineren Abmessungen. Eine starke Begrenzung der Meßmöglichkeit ist durch den relativ großen Abstand zwischen dem Feldzentrum und dem Außenflansch gegeben. Soll bei einem herkömmlichen Magnetsystem von im wesentlichen kreiszylindrischer Gestalt und mit Raumtemperaturbohrung beispielsweise ein Bein eines Patienten untersucht werden, so muß der Patient das andere Bein abwinkeln oder spagatartig spreizen, was unbequem oder gar unmöglich ist. Es gibt einige Versuche, die Systeme zu verkürzen oder einigermaßen homogene Feldbereiche außerhalb der eigentlichen Magnetstruktur zu erzeugen (z. B. Michael Maris u. a. in "New Approach to Limb Exercise - Short Magnet" in Society of Magnetic Resonance in Medicine, Book of Abstracts, Vol. 2, Eighth Annual Meeting August 12-18, 1989, Seite 539; US-A-4 721 914; EP-A-0 160 350).

Das Magnetsystem der DE 33 08 157 A1 weist eine in Achsrichtung des Magnetsystems verlaufende durchgehende Raumtemperaturbohrung auf. Ein transversaler Raumtemperaturzugang zum Untersuchungsvolumen ist nicht vorhanden. Es ist allerdings ein radialer Durchgang durch den Stickstofftank vorgesehen, um einen Kühlfinger durch diesen hindurch zu bewegen. Dieser radiale Durchgang steht jedoch einerseits für zu untersuchende Körperteile nicht zur Verfügung, andererseits fehlt es an einem von diesem Durchgang aus sich weiter radial nach innen zur Raumtemperaturbohrung hin erstreckenden Durchgang.

Die EP-B1-0 067 933 befaßt sich lediglich mit resistiven Eisenmagneten. Zwar ist bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 6 in dem äußeren Eisenmantel eine in Umfangsrichtung relativ kleine Öffnung vorgesehen (der Mantel weist nämlich einen recht großen Durchmesser auf, so daß die relativ kleine Öffnung für den Durchtritt des Oberkörpers eines Patienten genügt), hier gibt es jedoch wegen des Nichtvorhandenseins eines Kyrostaten keinerlei Schwierigkeiten mit einem solchen Kryostaten zu überwinden.

Auch bei dem Magnetsystem gemäß der JP 63-289473 (A) in: "Patents Abstracts of Japan", P-844, 17. 3. 1989, Vol. 13, No. 112, treten, wie beim Magnetsystem der EP-B1-0 067 933, Fig. 6, wegen des Nichtvorhandenseins eines Kryostaten keine Schwierigkeiten auf, wie sie bei der Verwirklichung der vorliegenden Erfindung zu erwarten sind.

Die DE-A1-36 16 078 schließlich zeigt, ähnlich wie die JP 63-289473 (A), einen Polschuhmagneten, der in der DE-A1 36 16 078 resistive Wicklungen aufweist. Fig. 1 bis 3 zeigen verschiedene Möglichkeiten, wie das Untersuchungsvolumen zugänglich ist, wobei die Fig. 3 ein C-Profil des magnetischen Jochs zeigt, das offensichtlich die Kräfte, die bestrebt sind, die beiden Polschuhe aufeinander zu zu bewegen, aufnimmt. Auch dieses Magnetsystem zeigt jedoch keinen Kryostaten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Magnetsystem der eingangs geschilderten Art zu schaffen, bei dem die Untersuchung für den Patienten vereinfacht ist und der für die NMR-Untersuchung nutzbare Raum so erweitert wird, daß der Raum zwischen den Wicklungen des Magneten trotz des Platzbedarfs für den Kryostaten für NMR-Messungen beispielsweise an Gliedmaßen ausreichend groß gestaltet ist.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der Spulenträger scheibenförmige parallele Endbereiche und eine diese verbindenden axial mittleren Bereich aufweist, der sich in Umfangsrichtung höchstens über 180° erstreckt, daß mindestens ein Strahlungsschild vorgesehen ist, der die Spulensätze mit geringem Abstand umgibt, und daß der Kryostat im Bereich zwischen den Spulensätzen im wesentlichen nur den Spulenträger mit geringstmöglichem Abstand umgibt und den Zugang zum Untersuchungsvolumen frei läßt, derart, daß ein transversaler Raumtemperatur-Zugang zum Untersuchungsvolumen vorgesehen ist, der sich bezüglich der Achse der Magnetspulenanordnung um mindestens etwa 180° in Umfangsrichtung erstreckt, und daß der Magnet über radial äußere und radial innere Wicklungen verfügt, wobei die radial äußeren Wicklungen vom Strom gleichsinnig, die radial inneren Wicklungen ihrerseits gleichsinnig, jedoch in gegenläufiger Richtung wie die äußeren Spulen durchflossen werden.

Die Erfindung ist auch bei der volumenselektiven Spektroskopie mit oder ohne bildgebendes Verfahren anwendbar.

Ein Vorteil der Erfindung liegt darin, daß für eine Bewegungsrichtung rechtwinklig zur Längsachse des Magnetfeldes ein Raumtemperaturzugang besteht, der es beispielsweise gestattet, ein Bein oder einen Arm in Streckhaltung in den Bereich zwischen den Spulensätzen und somit in den Homogenitätsbereich des Untersuchungsvolumens zu bringen. Dies ist insbesondere dann leicht möglich, wenn sich der transversale Raumtemperatur-Zugang über einen Winkel von etwa 240° (mit einer Abweichung von max. 30° nach unten) erstreckt. Dann ist gegenüber einem Winkel von beispielsweise 180° ein größerer Teil des symmetrisch bezüglich der Achse des Magnetsystems liegenden Homogenitätsbereiches für die Untersuchung z. B. eines gestreckten Beines ausnutzbar. Die Erfindung ermöglicht es auch, während der Untersuchung z. B. eines Beines dieses durch medizinische Belastungsgeräte zu belasten und den von der Belastung abhängigen Phosphorumsatz durch In-vivo-Spektroskopie zu erfassen.

Bevorzugt ist unabhängig von der Größe des Winkels, den der transversale Raumtemperatur-Zugang aufweist, der gesamte Homogenitätsbereich, der im allgemeinen etwa kugelförmig ist, für die Untersuchung zugänglich. Hierzu kann es erforderlich sein, in der den Raumtemperatur-Zugang begrenzenden Wand eine zusätzliche Vertiefung anzubringen, die den Zugang zum vollständigen Homogenitätsbereich ermöglicht, oder der mittlere Bereich des Spulenträgers wird im Querschnitt als Hohlzylindersegment ausgebildet, oder aber der genannte mittlere Bereich wird im Querschnitt als Vollzylindersegment ausgebildet, wobei aber die ebene Begrenzungsfläche dieses Segments von der Achse des Magnetsystems einen Abstand hat, der mindestens gleich dem Radius des Homogenitätsbereichs ist. Diese Bemessung führt bei einem Ausführungsbeispiel dazu, daß der Raumtemperatur-Zugang einen Winkel von etwa 240° bezüglich der Achse des Magnetsystems einnimmt.

Der relativ große transversale Raumtemperatur-Zugang beeinflußt die Gestalt des Spulenträgers, und es darf die absolut starre Fixierung der Spulensätze nicht beeinträchtigt werden. Der Spulenträger muß daher so konstruiert sein, daß er die starre Halterung der Spulensätze gewährleisten kann, die auch in der Lage ist, die erheblichen magnetischen Kräfte aufzunehmen, wobei sich der Spulenträger auf einer Temperatur befindet, die unterhalb der Sprungtemperatur der Supraleitung der Spulen liegt. Da eine Verformung des Spulenträgers beim Inbetriebsetzen (Laden) des Magnetsystems kaum verhindert werden kann, wird diese Verformung rechnerisch bei der Auslegung des Magnetsystems berücksichtigt.

Bei Ausführungsformen der Erfindung kann der Spulenträger in dem genannten Bereich, der zwischen den Spulensätzen liegt, im Querschnitt etwa die Form eines Hohlzylindersegmentes haben. Bei anderen Ausführungsformen der Erfindung kann der Spulenträger in dem genannten Bereich durch axial verlaufende Stäbe gebildet sein.

Wenn der Raumtemperatur-Zugang einen Winkel von etwa 180° oder mehr einnimmt, so weist der Spulenträger im allgemeinen keine Rotationssymmetrie bezüglich der Achse des Magnetsystems auf, sondern allenfalls noch eine Spiegelsymmetrie bezüglich der Mittelebene rechtwinklig zur Achse des Magnetsystems.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist ein weiterer Kühlmitteltank für ein weiteres Kühlmittel, im Beispiel Stickstoff, mit höherer Temperatur als das erste Kühlmittel im Bereich der Außenseite (bezüglich der radialen Richtung) des die Wicklungsanordnungen verbindenden Teils des Spulenträgers und außerhalb des ersten Kühlmitteltanks zu dessen thermischer Abschirmung vorgesehen. Stattdessen kann bei anderen Ausführungsformen der Erfindung der Wärmetauscher einer Kühlmaschine (Refrigerator) an der genannten Stelle vorhanden sein. An der genannten Stelle steht, wie bereits erwähnt, viel Platz für derartige Einrichtungen zur Verfügung.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung steht der Strahlungsschild in wärmeleitender Verbindung mit dem ersten oder einem zweiten Kühlmittel bzw. einem Refrigerator. Dabei kann der Raum innerhalb der genannten Strahlungsschilde vom ersten Kühlmittel bzw. dessen Dampf erfüllt sein. Dies ist jedoch nicht nötig, vielmehr kann es ausreichen, das erste Kühlmittel lediglich im Bereich der Außenseite des mittleren Bereichs des Spulenträgers vorzusehen. Dabei kann durch geeignete Ausbildung des Spulenträgers, insbesondere dadurch, daß er in an sich bekannter Weise aus wärmeleitfähigem Material, insbesondere Aluminium besteht, die Kühlung der Wicklungsanordnungen bis zum supraleitenden Zustand gewährleistet werden.

Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn das zweite Kühlmittel, soweit vorhanden, bzw. dessen Dampf nicht beide Wicklungsanordnungen vollständig umgibt, weil dann eine dichte Ummantelung im Bereich der Wicklungsanordnungen vorgesehen sein müßte, die mehr Platz erfordert, als wenn dort nur Strahlungsschilde vorgesehen sind, die mit dem im Bereich der Außenseite des mittleren Bereichs des Spulenträgers vorgesehenen weiteren Kühlmitteltank wärmeleitend verbunden sind. Die Magnetachse liegt vorzugsweise horizontal. Es sind andere Ausführungsformen der Erfindung möglich, bei denen die Magnetachse vertikal verläuft. Dann muß der Kryostat entsprechend angepaßt werden. Die Kühlmitteltanks können dabei insbesondere im unteren Bereich oder seitlich neben dem Spulenträger (im Gebiet von dessen mittlerem Bereich) angeordnet sein.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung sind außerhalb des Kryostaten in der Nähe der in Axialrichtung außen liegenden Seiten der Wicklungsanordnungen ferromagnetische Platten (zu denen hier auch ferromagnetische Ringscheiben gerechnet werden) angeordnet, die miteinander starr verbunden sind. Ohne diese ferromagnetischen Platten sind die in den Wicklungsanordnungen fließenden Ströme bestrebt, die Wicklungsanordnungen aufeinander zu zu bewegen. Da sich der Spulenträger nur über einen kleinen Umfangswinkel erstreckt, können sich hierdurch Schwierigkeiten bei der ausreichend starken Dimensionierung des Spulenträgers ergeben. Sind die genannten ferromagnetischen Platten vorhanden, so entstehen durch die in den Wicklungsanordnungen fließenden Ströme im Zusammenhang mit den ferromagnetischen Platten zu­ sätzliche Kräfte, die bestrebt sind, die Wicklungsanordnungen in Richtung auf die jeweils benachbarte ferromagnetische Platte zu bewegen, so daß die erstgenannten Kräfte teilweise kompen­ siert werden. Sind die ferromagnetischen Platten noch durch ein ferromagnetisches Joch miteinander verbunden, so ergibt sich eine Verstärkung des Magnetfeldes. Bei der Berechnung der Wicklungsanordnungen und des ganzen Magnetsystems muß die Anwesenheit der Platten und des Jochs berücksichtigt werden. Die ferromagnetischen Platten und die diese miteinander verbindende Konstruktion stützt sich zweckmäßigerweise nicht an dem übrigen Magnetsystem ab, so daß dieses keine von außen einwirkenden Kräfte aufnehmen muß. Die ferromagnetischen Platten können Teil der Außenwand des Kryostaten sein. Die ferromagne­ tischen Platten bewirken auch eine magnetische und elektrische Abschirmung. Eine magnetische Abschirmung kann stattdessen oder zusätzlich aktiv vorgenommen werden, d. h. durch supra­ leitende Spulen, die in an sich bekannter Weise von gegenläufi­ gen Strömen durchflossen werden.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Wicklungsanordnungen so ausgebildet sind, wie dies in der älteren Patentanmeldung P 39 07 927.9-33 des gleichen Anmelders beschrieben ist.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Zeichnung, die erfindungswesentliche Ein­ zelheiten zeigt, und aus den Ansprüchen. Die einzelnen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kom­ bination bei einer Ausführungsform der Erfindung verwirklicht sein. Es zeigt

Fig. 1 einen axialen Längsschnitt durch ein Ausführungsbei­ spiel eines Magnetsystems;

Fig. 2 in vereinfachter und perspektivischer Darstellung den Spulenträger des Magnetsystems nach Fig. 1;

Fig. 3a-c im Querschnitt nach der Linie III-III in Fig. 2 drei Ausführungsbeispiele des Spulenträgers.

In Fig. 1 ist das gesamte Magnetsystem einschließlich Kryostat mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnet. Ein erster Spulensatz be­ steht aus Teilspulen 2a und 3a, die gleichachsig angeordnet sind. Ein zweiter Spulensatz besteht aus Teilspulen 2b und 3b, die ebenfalls gleichachsig bezüglich der Achse des erstgenannten Spulensatzes angeordnet und im axialen Abstand vom ersten Spu­ lensatz angeordnet sind. Die Achse 4 der genannten Spulen und somit die Achse des Magnetsystems verläuft in der Zeichenebene der Fig. 1 in waagrechter Richtung. Ein Spulenträger 6 aus einer Aluminiumlegierung hat die in Fig. 2 perspektivisch darge­ stellte Form, er weist nämlich zwei scheibenförmige parallele Endbereiche 7 auf, die zur Fixierung der Teilspulen 2a und 3a einerseits und 2b und 3b andererseits dienen, und einen die scheibenförmigen Endbereiche verbindenden mittleren Teil 8, der im Querschnitt rechtwinklig zur Achse 4 im wesentlichen die Form eines Kreisscheibensegments hat, er hat nämlich die kreiszylindrische Außenfläche 9 und eine ebene Innenfläche 10. Siehe auch Fig. 3a. Diese Innenfläche 10 liegt in der Ansicht der Fig. 1 sowohl hinter als auch vor der Zeichenebene genau auf der gleichen Höhe wie in dem zentralen Längsschnitt, der durch den dicksten Teil des mittleren Teils 8 des Spulenträgers verläuft.

Durch diesen sehr kräftig ausgebildeten Teil 8 sind die schei­ benförmigen Endbereiche 7 des Spulenträgers 6 so starr mitein­ ander verbunden, daß die von den Spulen 2a bis 3b aufeinander ausgeübten Magnetkräfte sicher aufgenommen werden können, so daß ein sicherer Betrieb möglich ist und die Homogenität des Magnetfeldes in einem symmetrisch zur Achse 4 und zu einer rechtwinklig zu der genannten Achse verlaufenden Mittelebene bezüglich der Teilspulen 2a bis 3b liegenden im wesentlichen kugelförmigen Homogenitätsbereich 12 mit seinem Mittelpunkt 13 auf der Achse 4 nicht durch eine unvorhergesehene Lageänderung der Spulen beeinträchtigt werden kann.

Für die nachfolgende Diskussion wird angenommen, und dies ist auch eine bevorzugte Ausführungsform, daß der dickste Teil des mittleren Bereichs 8 des Spulenträgers nach unten weist. Der Spulenträger 6 ist insgesamt von einer dichten Umhüllung aus Metall, die eine Außenwand 14 eines ersten Kühlmitteltanks 15 für Helium bildet, umgeben. Diese Außenwand 14 ist im allseiti­ gen Abstand von dem Spulenträger 6 angeordnet. Das Helium dampft durch eine Abdampfleitung 16 ab. Im allseitigen Abstand von der Außenwand 14 des Heliumtanks ist ein erster Strahlungsschild 18 angeordnet, der mit der Abdampfleitung 16 des Heliumtanks in wärmeleitender Verbindung ist. Der erste Strahlungsschild 18 liegt im Betrieb auf einer Temperatur von etwa 20 K. Unterhalb des mittleren Bereichs 8 des Spulenträgers 6 und außerhalb des sich hier befindenden ersten Strahlungsschildes 18 befindet sich bei der gezeigten Ausführungsform ein zweiter Kühlmittel­ tank für Stickstoff mit einer im linken Teil der Anordnung nach oben laufenden Abdampfleitung 22. Mit dem Stickstofftank 20 und mit der Abdampfleitung 22 ist ein zweiter Strahlungs­ schild 24 wärmeleitend verbunden, der mit allseitigem Abstand vom ersten Strahlungsschild 18 verläuft. Der zweite Strahlungs­ schild 24 liegt im Betrieb auf einer Temperatur von 77 K. Die ganze Anordnung wird von einer zum mechanischen Schutz dienenden Außenwand 26 umgeben.

Das im Längsschnitt der Fig. 1 sichtbare U-Profil des Innenraums des Kryostaten, in dem sich das Untersuchungsvolumen 12 befin­ det, hat in Blickrichtung der Fig. 1 überall den gleichen Quer­ schnitt, so daß beispielsweise der Arm, ein Bein oder eine Schulter des Patienten gestreckt, z. B. im wesentlichen recht­ winklig zur Zeichenebene verlaufend, in diesem Innenraum ange­ ordnet werden kann, derart, daß ein interessierender Bereich sich im Homogenitätsbereich 12 des Magnetsystems befindet und dort durch ein bildgebendes Verfahren oder in anderer Weise untersucht werden kann. In der Ansicht der Fig. 1 ist beidseits des Homogenitätsbereichs 12 ein Gradienten- und/oder Shimspulen­ satz 28 an der flachen Außenwandung 26 des Kryostaten angeordnet.

Bei anderen Ausführungsformen der Erfindung kann der Stickstoff­ tank 20 durch den Verdampfer oder die Kältequelle eines Refri­ gerators ersetzt werden, wobei der zweite Strahlungsschild in diesem Falle mit der genannten Kältequelle verbunden ist. Es versteht sich, daß die Abdampfleitung 22 dann entfällt.

Die bisher anhand der Zeichnung geschilderten Ausführungsbei­ spiele können ohne die in Fig. 1 noch gezeigten Eisenplatten 30 und das diese verbindende Joch 32 verwirklicht sein. Wenn diese zuletzt genannten Teile nicht vorhanden sind, so entstehen im Betrieb des Magnetsystems hohe Kräfte, die bestrebt sind, die Teilspulen aufeinander zu zu bewegen, und diese Kräfte müssen durch den Spulenträger 6, insbesondere dessen mittleren Bereich 8, aufgenommen werden.

Sind dagegen auf der Außenseite (in axialer Richtung) der Spu­ lensätze, und wie dargestellt, zweckmäßigerweise außerhalb des Kryostaten, die genannten Platten 30 aus Weicheisen, allgemeiner aus ferromagnetischem Material vorgesehen, die durch das Joch 32, ebenfalls vorzugsweise aus ferromagnetischem Material, starr miteinander verbunden sind, so entstehen im Betrieb zwi­ schen den Spulen und den jeweils ihnen benachbarten Platten 30 magnetische Kräfte, die bestrebt sind, die scheibenförmigen Bereiche des Spulenträgers in Axialrichtung bezüglich des Mag­ netfeldes auf die Platten 30 zu zu bewegen, bzw. die Platten 30 in Richtung auf den Spulenträger zu bewegen. Hierdurch werden die oben erwähnten Kräfte, die bestrebt sind, die beiden Spulen­ sätze einander anzunähern, teilweise kompensiert und hierdurch wird die vom Spulenträger aufzunehmende mechanische Belastung verringert. Durch das ferromagnetische Joch 32 erfolgt eine Rückführung des Magnetflusses und hierdurch eine Verstärkung des Magnetfeldes, die bei der Berechnung des Magnetsystems berücksichtigt werden muß. Gleichzeitig wird eine Abschirmung des nach außen reichenden Magnetfeldes bewirkt.

Die Anordnung nach Fig. 1 kann so abgewandelt sein, daß in den Teilen 7 des Spulenträgers 6, die die Spulen 2a, 3a, 2b und 3b aufnehmen, an den einander zugewandten Seiten Aussparungen 62, die als Vertiefungen oder auch als durchgehende Bohrungen aus­ gebildet sind, vorgesehen sind. Diese Aussparungen 62 ermögli­ chen es, die verschiedenen Wände und Strahlungsschilde des Kryostaten in diesem Bereich in Richtung auf die genannten Aussparungen 62 hin zu verlagern, so daß an den einander zuge­ wandten Teilen der Außenwandung 26 des Kryostaten Vertiefungen entstehen, in die die Gradienten- und/oder Shimspulensätze 28 eingesetzt werden können, so daß auf diese Weise die in Richtung der Achse 4 des Magnetsystems gemessene Länge des Raumtempe­ ratur-Zuganges 50 im Bereich des Homogenitätsbereichs 12 etwas vergrößert werden kann.

Fig. 3a zeigt eine Schnittdarstellung des bei der Anordnung nach der Fig. 1 und 2 verwendeten Spulenträgers 6. In seinem mittleren Bereich hat der Spulenträger 6 im Querschnitt die Form eines Vollzylindersegmentes. Bezüglich der Achse 13 des Magnetsystems erstreckt sich der Raumtemperatur-Zugang 50 über einen Winkel von etwa 240°. Der Homogenitätsbereich 12 ist vollständig zugänglich.

Fig. 3b zeigt in einer der Fig. 3a entsprechenden Darstellung den Schnitt durch einen anderen Spulenträger 6′. Auch hier erstreckt sich der Raumtemperatur-Zugang 50′ bezüglich der Achse 13 über einen Winkel von etwa 240°. Der mittlere Bereich 8′ des Spulenträgers 6′ ist im Querschnitt als Hohlzylinderseg­ ment ausgebildet. Die Hilfslinie 52 in Fig. 2b liegt genau an der gleichen Stelle, an der sich in Fig. 3a die Fläche 10 be­ findet. Der Homogenitätsbereich 12 liegt oberhalb dieser Linie 52.

Entsprechendes gilt für die Anordnung nach Fig. 3c. Der einzige Unterschied gegenüber der Anordnung nach Fig. 3b liegt darin, daß der Raumtemperatur-Zugang 50 sich bezüglich der Achse 13 des Magnetsystems über einen Winkel von nur 180° erstreckt, so daß von rechts oder links der Fig. 3c her gesehen nur die obere Hälfte des Homogenitätsbereiches 12 sichtbar ist. Damit dieser dennoch für Untersuchungszwecke zugängig ist, ist der mittlere Teil 8′′ dadurch in geeigneter Weise ausgespart, daß auch hier dieser Teil 8′′ als Hohlzylindersegment ausgebildet ist.

Beim Ausführungsbeispiel ist folgende Dimensionierung der Spu­ lensätze vorgesehen, die im wesentlichen mit den Prinzipien der Dimensionierung in der eingangs genannten älteren Anmeldung des Anmelders übereinstimmt:

Der lichte Abstand der radial äußeren Wicklungen 2a und 2b beträgt 395 mm. Die Breite (in axialer Richtung) jeder äußeren Wicklung beträgt 100 mm. Der Abstand der einander abgewandten Enden der äußeren Wicklungen beträgt 595 mm. Der lichte Innendurchmesser der äußeren Wicklungen beträgt 806 mm. Der Außendurchmesser der äußeren Wicklungen beträgt 901 mm. Der lichte Abstand der radial inneren Wicklungen 3a und 3b beträgt 378,8 mm. Die Breite jeder inneren Wicklung beträgt 27,25 mm. Der lichte Innendurchmesser der inneren Wicklungen beträgt 610 mm. Der Außendurchmesser der inneren Wicklungen beträgt 689 mm. Die Wicklungsdichte beträgt 36,8 Leiter pro cm². Der Strom beträgt 157 A und erzeugt ein Magnetfeld von 0,7 Tesla. Der Homogenitätsbereich mit einer maximalen Abweichung von 20 ppm ist eine Kugel mit 19 cm Durchmesser.

Der oben erwähnte lichte Abstand der inneren Wicklungen mit 378,8 mm ist der ideale Abstand der genannten Wicklungen (ideales Gap). Weil der Kryostat selbst Platz in Anspruch nimmt, führt dies zu einem zwischen den genannten Wicklungen in Axial­ richtung zur Verfügung stehenden Raum von ungefähr 300 mm.

Die radial äußeren Wicklungen werden vom Strom gleichsinnig durchflossen, die radial inneren Wicklungen werden ihrerseits vom Strom gleichsinnig durchflossen, jedoch in gegenläufiger Richtung wie die äußeren Spulen.

Claims (16)

1. Magnetsystem für die Kernspinresonanz-Spektroskopie, insbesondere für die In-vivo-Spektroskopie und die Tomographie von Gliedmaßen oder einer Schulter des menschlichen Körpers (Teilkörpertomographie), mit einer supraleitfähigen Magnetspulenanordnung, die im axialen Abstand voneinander angeordnete Spulensätze (2a, 3a; 2b, 3b) aufweist, zum Erzeugen eines statischen homogenen Magnetfeldes in einem Untersuchungsvolumen, mit einem Spulenträger (6), der die Spulensätze trägt und bei tiefer Temperatur starr miteinander verbindet, und mit einem Kryostaten zum Kühlen der Wicklungen, wobei der Kryostat einen ersten Kühlmitteltank (15) für ein erstes Kühlmittel aufweist, der sich mindestens teilweise im Bereich des die Spulensätze verbindenden Teils des Spulenträgers befindet, dadurch gekennzeichnet, daß der Spulenträger (6) scheibenförmige parallele Endbereiche (7) und eine diese verbindenden axial mittleren Bereich aufweist, der sich in Umfangsrichtung höchstens über 180° erstreckt, daß mindestens ein Strahlungsschild (18, 24) vorgesehen ist, der die Spulensätze mit geringem Abstand umgibt, und daß der Kryostat im Bereich zwischen den Spulensätzen im wesentlichen nur den Spulenträger mit geringstmöglichem Abstand umgibt und den Zugang zum Untersuchungsvolumen frei läßt, derart, daß ein transversaler Raumtemperatur-Zugang (50) zum Untersuchungsvolumen vorgesehen ist, der sich bezüglich der Achse (4) der Magnetspulenanordnung um mindestens etwa 180° in Umfangsrichtung erstreckt, und daß der Magnet über radial äußere und radial innere Wicklungen verfügt, wobei die radial äußeren Wicklungen vom Strom gleichsinnig, die radial inneren Wicklungen ihrerseits gleichsinnig, jedoch in gegenläufiger Richtung wie die äußeren Spulen durchflossen werden.

2. Magnetsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Bereich des innerhalb gewählter Grenzen homogenen Magnetfeldes (Homogenitätsbereich 12) vollständig durch den transversalen Raumtemperatur-Zugang (50) zugänglich ist.

3. Magnetsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Spulenträger (6′) in seinem axial mittleren Bereich im Querschnitt die Form eines Hohlzylindersegmentes hat.

4. Magnetsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Spulenträger (6) in seinem axial mittleren Bereich im Querschnitt die Form eines Vollzylindersegmentes hat, erforderlichenfalls mit einer Aussparung für den Homogenitätsbereich des Magnetfeldes.

5. Magnetsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Spulenträger in seinem axial mittleren Bereich durch axial verlaufende Stäbe gebildet ist.

6. Magnetsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein weiterer Kühlmitteltank (20) für ein weiteres Kühlmittel mit höherer Temperatur im Bereich der Außenseite in radialer Richtung des die Spulensätze verbindenden Teils des Spulenträgers und außerhalb des ersten Kühlmitteltanks zu dessen thermischer Abschirmung vorgesehen ist.

7. Magnetsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Wärmetauscher einer Kühlmaschine (Refrigerator) für eine höhere Temperatur als die Temperatur des ersten Kühlmittels im Bereich der Außenseite in radialer Richtung des die Spulensätze verbindenden Teils des Spulenträgers und außerhalb des ersten Kühlmitteltanks zu dessen thermischer Abschirmung vorgesehen ist.

8. Magnetsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlungsschild (18, 24) in wärmeleitender Verbindung mit dem ersten oder einem zweiten Kühlmittel bzw. einem Refrigerator steht.

9. Magnetsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß außerhalb des Kryostaten in der Nähe der in Axialrichtung außen liegenden Seiten der Spulensätze ferromagnetische Platten (30) unter Einschluß von Ringscheiben angeordnet sind, die miteinander starr verbunden sind, insbesondere durch ein ferromagnetisches Joch (32).

10. Magnetsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kühlmitteltank des Kryostaten für das Kühlmittel mit der niedrigsten Temperatur den Spulenkörper und die Spulensätze allseitig umgibt.

11. Magnetsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kühlmitteltank für das einzige Kühlmittel oder das Kühlmittel mit der niedrigsten Temperatur sich lediglich im Bereich des Spulenträgers in dessen zwischen den Spulensätzen liegendem Bereich befindet und daß der Spulenträger in an sich bekannter Weise aus thermisch gut leitfähigem Material besteht.

12. Magnetsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß ein weiterer Kühlmitteltank für ein weiteres Kühlmittel mit höherer Temperatur sich lediglich im Bereich der Außenseite desjenigen Teils des Spulenträgers befindet, der im Bereich zwischen den Spulensätzen angeordnet ist.

13. Magnetsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an der in axialer Richtung gesehenen äußeren und inneren Seite des Spulenträgers im Bereich der Spulensätze und an dessen Umfang mindestens ein Strahlungsschild angeordnet ist.

14. Magnetsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die die Wicklungen aufnehmenden Teile des Spulenträgers in ihrem radial mittleren Teil mindestens an ihren einander zugewandten Seiten Aussparungen (62) zum versenkten Unterbringen eines Gradienten- und/oder Shimspulensatzes (28) in einem vertieften Bereich (64) der Wandung (26) des Kryostaten aufweisen.

15. Magnetsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse des Magnetsystems horizontal verläuft.

16. Magnetsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse des Magnetsystems vertikal verläuft.