DE69330707T2

DE69330707T2 - Schalt-Anordnung und Steuerungs-Verfahren zur Ausführung einer solchen Anordnung

Info

Publication number: DE69330707T2
Application number: DE69330707T
Authority: DE
Inventors: Tonio Gianotti; Alfred Niess; Jean-Max Tyburn
Original assignee: Bruker SA
Current assignee: Bruker Biospin SAS
Priority date: 1992-11-16
Filing date: 1993-11-04
Publication date: 2002-07-11
Anticipated expiration: 2013-11-05
Also published as: EP0598670A1; US5442291A; FR2698176B1; FR2698176A1; EP0598670B1; DE69330707D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet von Kernspinresonanz (NMR) Apparaten, die besonders zur medizinischen Bilderzeugung oder für die Mikrobilderzeugung mit hochauflösender NMR benutzt werden, und hat zum Gegenstand eine Schaltvorrichtung, sowie ein Steuerungsverfahren, das die genannte Vorrichtung in Betrieb setzt.
Gegenwärtig benötigt man für die neuen Experimente auf dem Gebiet der hochauflösenden NMR die Erzeugung von Gradientenfeldern großer Stärke, nämlich ungefähr 10&supmin;² T/cm, (100 Gauss /cm).
Außerdem bedarf die Beobachtung von Spektren mit einer erhöhten Auflösung, beispielsweise unter 0,2 Hz für ein Hauptfeld B 1 von 14,6 Tesla und einer Protonenresonanzfrequenz von 600 MHz der Erzeugung von Korrekturgradienten des lokalen Feldes, mit Hilfe von Korrekturspulen für beispielsweise ein Spectrometer mit hochauflösender NMR, die auch "Shim"-Spulen genannt werden.
Der typische Höchstwert dieser Korrekturen des lokalen Feldes beläuft sich auf ungefähr 10 mGauss und die Sensibilität des Shims in einer Richtung, wie beispielsweise der Richtung Z, beträgt ungefähr 10&supmin;&sup9; T/A (10u Gauss/A)
Folglich beträgt das Verhältnis zwischen dem benötigten Feldgradienten für die Experimente mit hoher Auflösung und dem kleinsten Gradienten, der das Feld beeinflusst, 10&supmin;² T/10&supmin;¹&sup0; T (100 Gauss/1uGauss), das heißt 10&sup8;.
Nun hat aber der vom Ausgangsverstärker des Generators gelieferte Strom, der die Spule speist, die dazu bestimmt ist, den Feldgradienten von 10&supmin;² T/cm (100 Gauss 1 cm) zu erzeugen, einen Wert von ungefähr 10A.
Damit es keine schlimmen Störungen des lokalen Feldes gibt, müsste also der Generator eine Stabilität in Bereich seines Ausgangsverstärkers, die über 10A/108, das heißt 0,1 uA liegt, haben.
Eine derartige Stabilität kann gegenwärtig nicht mittels klassischer elektronischer Einrichtungen erhalten werden.
Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Aufgabenstellung besteht also darin, eine einfache und kostengünstige Vorrichtung zu erfinden, um den Einfluss des Rauschens des Ausgangs eines Generators, der eine Spule zum Erzeugen von starken Gradienten speist, auf die Stabilität des Magnetfeldes eines Magneten eines NMR-Gerätes während den Messphasen eines NMR-Experiments zu beseitigen.
Durch das Dokument EP-A-0 250 718 ist ein Gradientenspulenspeisesystem bekannt, das eine Einrichtung zum Steuern und Regeln des erzeugten Feldes aufweist, das mittels Unterbrechereinrichtungen arbeitet.
Diese Unterbrechereinrichtungen sind in zwei verschiedene Einheiten strukturiert, nämlich einerseits eine Einheit, die eine Verbindungseinrichtung bildet durch die Staffelung von verschiedenen Komponenten einer gestuften Speisung, und andererseits, eine Spannungsschaltvorrichtung an den Enden der entsprechenden Gradientenspule.
Jedoch spricht dieses Dokument die vorgenannt gestellte Aufgabenstellung in keiner Weise an, und weist umso weniger auf eine Lösung dafür hin.
Nun aber ermöglicht es gerade die Vorrichtung, die Gegenstand des beigefügten Anspruchs 1 ist, und das Verfahren, das Gegenstand des beigefügten Anspruchs 2 ist, die vorgenannte Aufgabenstellung zu lösen.
Die Erfindung wird besser verstanden Dank der nachstehenden Beschreibung, die sich auf eine bevorzugte Ausführungsform bezieht, die als nicht beschränkendes Beispiel aufgeführt wird, und durch Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung, deren einzige Figur auf schematische Weise eine Speiseschaltung darstellt, die die Schaltvorrichtung gemäß der Erfindung beinhaltet, erklärt wird.
Wie es die Figur der beigefügten Zeichnung zeigt, stellt sich die Schaltvorrichtung in Form einer Unterbrechungseinrichtung 1 dar, die in der Speiseschaltung 2 der Spule 3 angebracht und durch ein Steuersignal betätigt wird und die, in geöffneter Position, die Spule 3 des Generators 4 vollständig isolieren kann.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, stellt sich die Schaltvorrichtung in Form eines Doppelunterbrechers 1 dar, der beim Öffnen die Speiseschaltung 2 in einen Abschnitt 5, der an dem Generator 4 kurzgeschlossen ist, und in einen Abschnitt 6, der an der Spule 3 kurzgeschlossen ist, die voneinander unabhängig sind, aufteilen kann.
Wenn der Doppelunterbrecher 1, der möglicherweise aus der Verbindung von zwei einfachen in Serie geschalteten Unterbrechern besteht, mittels einer Steuerleitung 7 zum Öffnen verankert wird, überbrückt er infolgedessen den Generator 4 und die Spule 3 und isoliert so vollständig die beiden Teile.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung kann die Schaltvorrichtung 1 vorteilhafterweise aus einem ultra-schnellen Unterbrecher bestehen, der mindestens einen Feldeffekttransistor aufweist, der es ermöglicht, sehr kurze Reaktionszeiten zu erzielen, die notwendig sind, um am NMR-Apparat effizient von der Anregungsphase auf die Messhphase überzugehen.
Die Erfindung betrifft ebenso ein Verfahren zum Steuern der Wirkung/Tätigkeit einer Spule 3, die dazu bestimmt ist, ein Magnetfeldgradienten zu erzeugen; insbesondere mit einem erhöhten Wert, und die durch einen Strom- oder Spannungsgenerator 4 gespeist wird, der die oben beschriebene Schaltvorrichtung 1 in Betrieb setzt.
Dieses Verfahren besteht im wesentlichen, am Ende der Anregungsphase und gerade vor der Messphase, darin, ein Öffnungssignal an die Schaltvorrichtung 1 zu senden, damit der Generator 4 und die Spule 3 voneinander getrennt und isoliert werden, und, um daraufhin, nach einer vorbestimmten Zeitdauer, die Messphase auszulösen.
Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die in der beigefügten Zeichnung beschriebene Ausführungsform beschränkt. Es bestehen weiterhin Veränderungsmöglichkeiten, insbesondere hinsichtlich der Zusammensetzung der verschiedenen Teile, oder durch das Ersetzen mit gleichwertigen Techniken, ohne jedoch den Schutzbereich der Erfindung zu verlassen.

Claims

1. NMR-Vorrichtung mit einem Magneten zum Erzeugen eines Haupt-Magnetfeldes B1 und mindestens einer Spule (3) zum Erzeugen von Magnetfeldgradienten, wobei die Speiseschaltung (2) der Spule einen Strom- oder Spannungs-Generator (4) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Schaltvorrichtung (1) aufweist, die in der Speiseschaltung montiert ist und Mittel aufweist zum Umschalten zwischen einer Position, in welcher sie den Generator (4) und die Spule (3) verbindet, und einer Position, in welcher sie während einer Messphase des NMR-Signals diese Speiseschaltung in einen Abschnitt (5), welcher an dem Generator kurzgeschlossen ist, und einen Abschnitt (6) unterteilt, welcher dergestalt an der Spule kurzgeschlossen ist, dass diese Spule von dem Generator isoliert ist.

2. Verfahren zur Steuerung einer Spule zum Erzeugen eines Magnetfeldgradienten, welcher über eine Speiseschaltung von einem Strom- oder Spannungsgenerator gespeist wird und Teil der NMR-Vorrichtung bildet gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zum Ende der Anregungsphase und vor der Messphase ein Öffnungssignal an eine Schaltvorrichtung (1) gesendet wird, welche in der Speiseschaltung (2) dergestalt angeordnet ist, dass sie den Generator (4) und die Spule (3) trennt und elektronisch isoliert, und die Speiseschaltung (2) in einen Abschnitt (5), welcher an dem Generator (4) kurzgeschlossen ist und einen Abschnitt (6), welcher an der Spule (3) kurzgeschlossen ist, trennt, und danach nach einer vorbestimmten Dauer die Messphase ausgelöst wird.