DE69633033T2

DE69633033T2 - Magnet zur Erzeugung des statischen Magnetfeldes in einem System der Bilderzeugung mittels magnetischer Resonanz mit einer aktiven magnetischen Abschirmung

Info

Publication number: DE69633033T2
Application number: DE69633033T
Authority: DE
Inventors: Tamiko Minato-ku Hirumachi
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1995-02-14
Filing date: 1996-02-14
Publication date: 2005-07-21
Anticipated expiration: 2016-02-15
Also published as: EP0727672A1; EP0727672B1; DE69633033D1; US5633587A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Magneten zur Erzeugung eines statischen Feldes mit einer aktiven magnetischen Abschirmung, wie er im Oberbegriff des Anspruchs 1 festgelegt ist, und auf ein MRI-System mit einem derartigen Magneten.
Es gibt Permanentmagnete, normal leitende Magnete und supraleitende Magnete zur Erzeugung eines statischen Feldes für ein MRI-System (magnetic resonance imaging system). Da diese Art von Magneten zur Erzeugung eines statischen Feldes in einem Krankenhaus installiert ist, muss ein von dem Magnet leckendes Magnetfeld auf ein Minimum verringert werden, um eine magnetisch nachteilige Auswirkung auf eine Umgebung zu beseitigen. Der Magnet wird somit gewöhnlicherweise mit einer magnetischen Abschirmung beschichtet. Drei magnetische Abschirmungen, d. h. eine Eisenjochmagnetabschirmung, eine aktiven Magnetabschirmung und eine hybride Magnetabschirmung wurden in praktische Verwendung gebracht. Von diesen benötigt die aktive magnetische Abschirmung keine besonderen Abschirmungselemente was den Magneten zur Erzeugung eines statischen Feldes leichter macht; daher weist sie einen Vorteil auf, wenn sie in einem Krankenhaus angeordnet wird, und ist insbesondere wirksam als eine magnetische Abschirmung eines supraleitenden Magneten zur Erzeugung eines statischen Feldes.
Ein Magnet zur Erzeugung eines statischen Feldes des Stands der Technik und seine magnetische Abschirmung sowie ein MRI-System mit einem derartigen Magneten werden nun mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben. Der Magnet zur Erzeugung eines statischen Feldes ist vom supraleitenden Typ.
1 ist eine perspektivische weggeschnittene Ansicht eines Magneten vom aktiven magnetischen Abschirmungstyp mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1, wie er in den japanischen Patentanmeldungen KOKAI Veröffentlichungs-Nr. 60-98344 und 60-123756 oder in der EP-A-0144171 offenbart ist. In 1 umfasst ein Magnet zur Erzeugung einer magnetischen Abschirmung eine erste supraleitende Spulenanordnung 61 zum Erzeugen eines ersten Magnetfeldes und eine zweite supraleitende Spulenanordnung (aktive magnetische Abschirmung) 62 zum Erzeugen eines zweiten Magnetfeldes, die an dem äußeren Umfang der Anordnung 61 ausgebildet und mit dieser elektrisch in Reihe geschaltet ist. Diese ersten und zweiten Anordnungen sind in einem Flüssig-Helium-Tank 63 enthalten, der mit flüssigem Helium gefüllt ist und auf eine extrem niedrige Temperatur von 4,2 K gehalten wird. Um den Magneten 60 für ein MRI-System zu verwenden, ist die Homogenität des Magnetfeldes wesentlich. In 1 gibt die Bezugsziffer 64 die Achse des Magnetfeldes an, 65 bezeichnet die zentrale Ebene des MRI-Systems und 66 stellt ein Loch mit Raumtemperatur dar. Das Loch 66 ist ein Raum, in den ein zu prüfendes Subjekt eingeführt wird.
2 ist ein Diagramm, das ein Beispiel der Beziehung in der Spulenanordnung zwischen den ersten und zweiten supraleitenden Spulenanordnungen 61 und 62 zeigt. Jede Anordnung umfasst sechs supraleitende Spulen. Genauer gesagt umfasst die erste Anordnung 61 drei Paare von Spulen A und A', B und B' und C und C', während die zweite Anordnung 62 ebenfalls drei Paare von Spulen D und D', E und E' und F und F' umfasst. Diese Spulen sind entlang der Achse 64 angeordnet, und die jeweiligen gepaarten Spulen sind symmetrisch hinsichtlich der zentralen Ebene 65, die senkrecht zu der Achse 64 ist.
Der oben beschriebene supraleitende Magnet zur Erzeugung eines statischen Feldes des Stands der Technik mit einer aktiven magnetischen Abschirmung wird wie folgt betrieben. Die ersten und zweiten supraleitenden Spulenanordnungen 61 und 62 erzeugen ein Magnetfeld, dessen magnetische Komponenten höherer Ordnung in der Intensität im Wesentlichen gleich sind, und liefern das homogene synthetisierte Magnetfeld an den zentralen Wechselwirkungsraum des Lochs mit Raumtemperatur 66. Da die Richtung des durch die zweite Anordnung 62 fließenden Stroms der des durch die erste Anordnung fließenden Stroms entgegengesetzt ist, löscht das von der zweiten Anordnung 62 erzeugte Magnetfeld jedes der ersten Anordnung 61 außerhalb des Magneten 60, wodurch das Umgebungs-Magnetfeld verringert wird.
Das von der ersten supraleitenden Spulenanordnung 61 erzeugte Magnetfeld wird durch magnetische Komponenten höherer Ordnung wie folgt ausgedrückt: B1 = b01 + b11 + b21 + b31 (1)wobei B1 die Intensität des Magnetfeldes, b01 die des Magnetfeldes nullter Ordnung, b11 die des Magnetfeldes erster Ordnung, b21 die des Magnetfeldes zweiter Ordnung und b31 die der dritten Ordnung ist.
Auf ähnliche Weise wird das von der zweiten supraleitenden Spulenanordnung 62 erzeugte Magnetfeld durch magnetische Komponenten höherer Ordnung wie folgt ausgedrückt: B2 = b02 + b12 + b22 + b32 (2)wobei B2 die Intensität des Magnetfeldes, b02 die des Magnetfeldes nullter Ordnung, b12 die des Magnetfeldes erster Ordnung, b22 die des Magnetfeldes zweiter Ordnung und b32 die der dritten Ordnung ist.
Da die entsprechenden Intensitäten des Magnetfeldes höherer Ordnung b11 und b12, b21 und b22, b31 und b32, ... in den obigen Gleichungen (1) und (2) einander fast gleich sind, werden die Glieder höherer Ordnung fast Null, mit dem Ergebnis, dass das Magnetfeld in dem Loch mit Raumtemperatur 66 sehr homogen wird. Da außerdem die Polaritäten von B1 und B2 einander entgegengesetzt sind, wird das Magnetfeld außerhalb des Magneten gelöscht und das Umgebungs-Magnetfeld verringert.
Der supraleitende Magnet zur Erzeugung eines statischen Feldes 60 des Stands der Technik mit der vorhergehenden Struktur weist die folgenden Nachteile auf. Bei der aktiven magnetischen Abschirmung des Magneten ist die zweite supraleitende Spulenanordnung 62, durch die der Strom in der Richtung entgegengesetzt zu der des durch die erste supraleitende Spulenanordnung 61 fließenden Stroms fließt, an dem äußeren Umfang der Anordnung 61 angeordnet. Um das Magnetfeld in dem Loch 66 sehr homogen zu machen, müssen jedoch die entsprechenden magnetischen Komponenten höherer Ordnung des durch die ersten und zweiten Anordnungen 61 und 62 erzeugten Magnetfeldes einander fast gleich sein, sodass der Magnet 60 sehr gestreckt bzw. ausgedehnt wird.
Gemäß der obigen Veröffentlichung Nr. 60-123756 betragen bei einem Magneten von 1,5 T mit einer herkömmlichen aktiven magnetischen Abschirmung die Länge des Magneten 2,3 m, und der Durchmesser ist ähnlich. Wenn der Magnet in einem Krankenhaus installiert ist, ist es sehr schwierig, den Magneten durch einen Durchgang, insbesondere mit einem Winkel oder einer Ecke, zu befördern. Es ist somit notwendig, den Durchgang zu erweitern oder nur für den Magneten einen Platz zu schaffen.
Die Anwendbarkeit des supraleitenden Magneten zur Erzeugung eines statischen Feldes des Stands der Technik ist somit aufgrund großer Abmessungen nicht günstig. Wenn der Magnet 60 lang und schmal ist, wird sich ein in dem Loch mit Raumtemperatur 66 liegender Patient sehr stark umschlossen oder eingeschlossen fühlen und den Magneten ablehnen.
Da sich die magnetischen Komponenten höherer Ordnung nur durch die an dem Außenumfang der ersten supraleitenden Spulenanordnung 61 ausgebildete zweite supraleitende Spulenanordnung 62 gegenseitig löschen, ist es im Wesentlichen schwierig, die Glieder höherer Ordnung Null zu machen, und ein gleichförmiger magnetischer Raum kann nicht vergrößert werden.
Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Magneten zur Erzeugung eines statischen Feldes und ein MRI-System, das den ein sehr homogenes Magnetfeld erzeugenden Magneten verwendet, bereitzustellen, der kompakt ausgeführt und somit ohne weiteres in dem existierenden Krankenhaus befördert und installiert werden kann und nicht dazu führt, dass sich ein Patient umschlossen oder eingeschlossen fühlt.
Die obige Aufgabe wird durch den Magneten zur Erzeugung eines statischen Feldes gemäß Anspruch 1 erzielt. Bevorzugte Ausführungsformen dieses Magneten zur Erzeugung eines statischen Feldes sind in den Unteransprüchen festgelegt.
Die obige Aufgabe wird ebenfalls durch das MRI-System gemäß Anspruch 12 erreicht.
Gemäß der Erfindung kompensiert/kompensieren die Spule/Spulen mit großem Durchmesser der ersten Spulenanordnung die magnetischen Komponenten höherer Ordnung (Fehler höherer Ordnung). Der Abstand zwischen der Spulenmitte und jeder der Spulen mit großem Durchmesser ist größer als der zwischen der Spulenmitte und jeder der Spulen mit kleinem Durchmesser, und die Spule mit großem Durchmesser ist nahe an der zweiten Spulenanordnung angeordnet; somit leckt nur ein kleines Magnetfeld.
Der Magnet zur Erzeugung eines statischen Feldes der Erfindung wird auf einen supraleitenden Magneten zur Erzeugung eines statischen Feldes angewendet. Bei diesem Magneten kann mindestens ein Teil der ersten Spulenanordnung (z. B. eine Spule mit großem Durchmesser, die in dem zentralen Teil der Anordnung oder in der Nähe beider Enden davon angeordnet ist) an dem äußeren Umfang der zweiten Spulenanordnung bereitgestellt werden. Somit sind die Spulen, die die magnetischen Komponenten höherer Ordnung erzeugen, von dem Betriebsraum in einem Loch mit Raumtemperatur entfernt angeordnet, und ein sehr homogener und großer magnetischer Raum kann ohne weiteres in dem Loch mit Raumtemperatur erhalten werden, und zur gleichen Zeit wird ein Umgebungs-Magnetfeld außerhalb des Magneten verringert. Da der Magnet außerdem kürzer gemacht werden kann, kann er ohne weiteres in dem existierenden Krankenhaus befördert und installiert werden, und führt nicht dazu, dass sich ein Patient umschlossen oder eingeschlossen fühlt.
Diese Erfindung kann vollständiger aus der folgenden ausführlichen Beschreibung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen verstanden werden, in denen zeigen:
1 eine perspektivische Teilschnitt-Ansicht eines Magneten zur Erzeugung eines statischen Feldes des Stands der Technik einschließlich einer aktiven magnetischen Abschirmung;
2 ein Diagramm, das die Anordnungsbeziehung zwischen den Spulen des Magneten zur Erzeugung eines statischen Feldes des Stands der Technik zeigt;
3 eine perspektivische Teilschnitt-Ansicht eines supraleitenden Magneten zur Erzeugung eines statischen Feldes eines MRI-Systems gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
4 eine Querschnittsansicht, die die Anordnungsbeziehung zwischen den supraleitenden Spulen des in 3 gezeigten Magneten zeigt;
5 einen Verdrahtungsplan, der einen Verbindungszustand der supraleitenden Spulen des in 3 gezeigten Magneten zeigt;
6 eine Ansicht eines MRI-Systems, das die supraleitenden Spulen des in 3 gezeigten Magneten verwendet;
7 eine Querschnittsansicht, die die Anordnungsbeziehung zwischen den supraleitenden Spulen eines supraleitenden Magneten zur Erzeugung eines statischen Feldes gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung zeigt; und
8 einen Verdrahtungsplan, der einen Verbindungszustand der supraleitenden Spulen des in 7 gezeigten Magneten zeigt.
Ausführungsformen der Erfindung werden nun beschrieben.
3 ist eine perspektivische Teilschnitt-Ansicht eines supraleitenden Magneten zur Erzeugung eines statischen Feldes eines MRI-Systems gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung. In 3 umfasst der Magnet zur Erzeugung eines statischen Feldes 10 eine erste supraleitende Spulenanordnung 11, die Spulen mit kleinen und großen Durchmessern zum Erzeugen eines ersten Magnetfeldes, als Hauptmagnetfeld hat, und eine zweite supraleitende Spulenanordnung (aktive magnetische Abschirmung) 12 zum Erzeugen eines zweiten Magnetfeldes. Die zweite supraleitende Spulenanordnung 12 ist ausgebildet, um die erste Anordnung 11 mit Ausnahme eines Teils davon zu umgeben, und ist elektrisch mit der ersten Anordnung 11 in Reihe geschaltet.
Die ersten und zweiten Anordnungen 11 und 12 erzeugen ein homogenes Magnetfeld, in dem die Glieder höherer Ordnung durch Synthetisieren von magnetischen Komponenten höherer Ordnung, die sich bei den ersten und zweiten Magnetfeldern entsprechen, in einem inneren Raum 17 eines Lochs mit Raumtemperatur 16 Null werden. Das zweite Magnetfeld wird dem ersten Magnetfeld außerhalb des Magneten entgegengesetzt eingestellt.
Die erste supraleitende Spulenanordnung 11 umfasst einen Spulenabschnitt mit großem Durchmesser V in der Mitte entlang der Magnetachse 14, und der Spulenabschnitt V ist an dem äußeren Umfang der zweiten Anordnung 12 ausgebildet. Die ersten und zweiten Anordnungen 11 und 12 sind in einem Flüssig-Helium-Tank 13 enthalten, der mit flüssigem Helium gefüllt ist und auf einer extrem niedrigen Temperatur von 4,2 K gehalten wird. Eine Wärmestrahlungsabschirmung 18 und ein Mehrschichtwärmeisolationsmaterial 19 sind um den Tank 13 gewickelt, und diese sind in einem Vakuumbehälter 20 enthalten. Der Behälter 20 umfasst eine Wärmeisolationsstruktur mit Hochvakuum im Inneren und wird von vier Beinen 21 bis 24 (24 ist nicht gezeigt) getragen. Der Vakuumbehälter 20 mit dem Flüssig-Helium-Tank 13 ist ein Behälter, der einen Raum aufweist, in den ein zu prüfendes Subjekt eingeführt wird, und dieser Raum entspricht dem Loch mit Raumtemperatur 16.
Der Spulenabschnitt mit großem Durchmesser V ist so aufgebaut, dass die durch ihn in dem zentralen Abschnitt des Magneten 10 erzeugte magnetische Komponente nullter Ordnung ungefähr 5% der synthetisierten Magnetkomponenten ist. Wenn die Länge des Magneten 10 gleich L und der Durchmesser des Lochs 16 gleich D1 ist, ist L/D1 ≤ 2,1, während, wenn der Außendurchmesser des Magneten gleich D2 und der Durchmesser des Lochs 16 gleich D1 ist, D2/D1 ≤ 2 gilt.
4 ist eine Querschnittsansicht, die in einer Richtung senkrecht zu der Magnetachse 14 genommen ist, um insbesondere die Anordnungsbeziehung zwischen den Spulen zu zeigen. Während die erste supraleitende Spulenanordnung 11 sieben supraleitende Spulen a bis c, a' bis c' und d aufweist, umfasst die zweite supraleitende Spulenanordnung 12 zwei supraleitende (aktive) Spulen e und e'. Die Spulenabschnitte mit großem und kleinem Durchmesser V bzw. W der ersten Anordnung 11 sind konzentrisch entlang der Magnetachse 14 angeordnet, und jeder Abschnitt ist symmetrisch mit Bezug auf eine gemeinsame zentrale Ebene 15 senkrecht zu der Achse 14 ausgebildet. Genauer gesagt ist die die Spule mit großem Durchmesser V bildende supraleitenden Spule d in einer Position angeordnet, die der gemeinsamen zentralen Ebene 15 entspricht, wohingegen die jeweiligen gepaarten Spulen a und a', b und b' und c und c', die den Spulenabschnitt mit kleinem Durchmesser W bilden, symmetrisch hinsichtlich der Ebene 15 sind. Die zweite supraleitende Spulenanordnung 12 ist so ausgebildet, dass sie den äußeren Umfang des Spulenabschnitts mit kleinem Durchmesser W der ersten supraleitenden Spulenanordnung 11 umgibt, und die aktiven Spulen e und e' sind symmetrisch mit Bezug auf die gemeinsame zentrale Ebene angeordnet. Zwischen diesen aktiven Spulen e und e' ist der Spulenabschnitt mit großem Durchmesser V, d. h. die supraleitende Spule ist außerhalb der zweiten Anordnung angeordnet.
5 ist ein Verdrahtungsplan, der die supraleitenden Spulen der in 4 gezeigten ersten und zweiten supraleitenden Spulenanordnungen 11 und 12 zeigt. Wie in 5 dargestellt, sind die sieben Spulen c', b', a', d, a, b und c der ersten Anordnung 11 in Reihe geschaltet, wie es die beiden Spulen der Anordnungen 12 sind. Ein Ende der Spule c' und ein Ende der Spule e' sind mit Leistungsversorgungsanschlüssen T1 bzw. T2 verbunden. In 5 gibt SW einen permanenten Stromschalter an, und R bezeichnet einen Schutzwiderstand gegen Spulenbeschädigung, wenn das Quench-Phänomen auftritt.
Zuerst wird das von der ersten supraleitenden Spulenanordnung 11 erzeugte Magnetfeld durch Magnetkomponenten höherer Ordnung wie folgt ausgedrückt: BM = (b0M + b0'M) + (b1M + b1'M) + (b2M + b2'M) + (b3M + b3'M) + ... (3)wobei B_M die Intensität des durch die erste supraleitende Spulenanordnung 11 erzeugten Magnetfeldes ist;
b0_M die Intensität des durch den Spulenabschnitt mit kleinem Durchmesser W der ersten supraleitenden Spulenanordnung 11 erzeugten Magnetfeldes nullter Ordnung ist;
b0'_M die Intensität des durch den Spulenabschnitt mit großem Durchmesser V der ersten supraleitenden Spulenanordnung 11 erzeugten Magnetfeldes nullter Ordnung ist;
b1_M die Intensität des durch den Spulenabschnitt mit kleinem Durchmesser W der ersten supraleitenden Spulenanordnung 11 erzeugten Magnetfeldes erster Ordnung ist;
b1'_M die Intensität des durch den Spulenabschnitt mit großem Durchmesser V der ersten supraleitenden Spulenanordnung 11 erzeugten Magnetfeldes erster Ordnung ist;
b2_M die Intensität des durch den Spulenabschnitt mit kleinem Durchmesser W der ersten supraleitenden Spulenanordnung 11 erzeugten Magnetfeldes zweiter Ordnung ist;
b2'_M die Intensität des durch den Spulenabschnitt mit großem Durchmesser V der ersten supraleitenden Spulenanordnung 11 erzeugte Magnetfeldes zweiter Ordnung ist;
b3_M die Intensität des durch den Spulenabschnitt mit kleinem Durchmesser W der ersten supraleitenden Spulenanordnung 11 erzeugten Magnetfeldes dritter Ordnung ist; und
b3'_M die Intensität des durch den Spulenabschnitt mit großem Durchmesser V der ersten supraleitenden Spurenanordnung 11 erzeugte Magnetfeldes dritter Ordnung ist.
Dann wird das von der zweiten supraleitenden Spulenanordnung 12 erzeugte Magnetfeld (aktive magnetische Abschirmung) durch magnetische Komponenten höherer Ordnung wie folgt ausgedrückt: BA = b0A + b1A + b2A + b3A + ... (3)wobei BA die Intensität des durch die zweite supraleitende Spulenanordnung 12 erzeugten Magnetfeldes ist;
b0A die Intensität des durch die Spulenanordnung 12 erzeugten Magnetfeldes nullter Ordnung ist;
b1A die Intensität des durch die Spulenanordnung 12 erzeugten Magnetfeldes erster Ordnung ist;
b2A die Intensität des durch die Spulenanordnung 12 erzeugten Magnetfeldes zweiter Ordnung ist; und
b3A die Intensität des durch die Spulenanordnung 12 erzeugten: Magnetfeldes dritter Ordnung ist.
Bei den obigen Gleichungen (3) und (4) können die entsprechenden Komponenten höherer Ordnung wie folgt dargestellt werden: b1M + b1'M – b1A = 0 b2M + b2'M – b2A = 0 b3M + b3'M – b3A = 0
Die Glieder höherer Ordnungen sind fast Null, und das sehr homogene Magnetfeld wird in den inneren Raum 17 des Lochs mit Raumtemperatur 16 erhalten.
Da die Polaritäten von B_M und BA einander außerhalb des Magneten 10 entgegengesetzt sind, wird das Magnetfeld gelöscht und das Umgebungs-Magnetfeld verringert. Wenn beispielsweise bei einem Magneten von 0,5 T das zentrale Magnetfeld (magnetische Komponente nullter Ordnung) der Spule d gleich 0,025 T ist (synthetisiertes Magnetfeld), kann die Länge des Magneten von 2200 mm, nämlich der Länge eines herkömmlichen Magneten, auf 1700 mm verringert und der gleichförmige Raum kann verdoppelt werden. Der Außendurchmesser des Magneten kann ebenfalls von 1665 mm auf 1600 mm verringert werden.
Ein MRI-System mit dem vorhergehenden Spulen der ersten Ausführungsform wird nun mit Bezug auf 6 beschrieben. Das MRI-System umfasst einen Vakuumbehälter mit einem säulenförmigen Subjekteinfügungsraum 200 als ein Loch mit Raumtemperatur. Der Flüssig-Helium-Tank 13 des Vakuumbehälters 10 enthält eine erste supraleitende Spulenanordnung 11 zusammen mit einem Kühlmittel 201. Diese Anordnung 11 umfasst Spulen mit kleinem Durchmesser a, a', b, b', c und c', und eine Spule mit großem Durchmesser d. Diese Spulen sind in Reihe geschaltet, wie in 5 gezeigt, und erzeugen das Hauptmagnetfeld in dem zentralen Teil des Subjekteinfügungsraums 200. Ein zu prüfendes Objekt (nicht gezeigt) wird in den Raum 200 platziert.
Der Flüssig-Helium-Tank 13 des Vakuumbehälters 10 enthält auch eine zweite supraleitende Spulenanordnung 12 zusammen mit einem Kühlelement 201. Die zweite Anordnung 12 umfasst zwei Spulen e und e' und erzeugt ein Abschirmungs-Magnetfeld zum aktiven Abschirmen eines von dem Hauptmagnetfeld der ersten Anordnung 11 leckenden Magnetfeld. Die ersten und zweiten Anordnungen 11 und 12 sind in Reihe geschaltet und werden durch eine Leistungsversorgung für ein statisches Magnetfeld angeschaltet.
Ein ein Gradientenmagnetfeld erzeugender Spulenabschnitt 100 und ein RF-Spulenabschnitt 102 sind in dem Subjekteinfügungsraum 200 des Vakuumbehälters 10 angeordnet. Diese Spulenabschnitte 101 und 102 sind zylindrisch aufgebaut, sodass ein Subjekt darin eingeführt werden kann. Der Spulenabschnitt 101 umfasst eine Spule zum Erzeugen eines X-Achsen-Gradientenmagnetfeldes, eine Spule zum Erzeugen eines Y-Achsen-Gradientenmagnetfeldes und eine Spule zum Erzeugen eines Z-Achsen-Gradientenmagnetfeldes, während der RF-Spulenabschnitt 102 Übertragungs- und Empfangsspulen aufweist. Der Spulenabschnitt 101 wird durch eine Leistungsversorgung für ein Gradientenmagnetfeld 103 angeschaltet. Der RF-Spulenabschnitt 102 wird von einem Sender/Empfänger 104 angetrieben. Die Leistungsversorgung für ein Gradientenmagnetfeld 103 und der RF-Spulenabschnitt 102 werden durch einen Sequenzer 105 gesteuert. Der Sequenzer 105 steuert den RF-Spulenabschnitt 102 und die Leistungsversorgung für das Gradientenmagnetfeld 103 in Übereinstimmung mit der Magnetresonanz-Impulssequenz der Spinnechotechnik.
Durch Ausführen der Impulssequenz wird ein Magnetresonanzphänomen an einem spezifischen Teil des zu prüfenden Objekts verursacht, und demgemäß erzeugt der RF-Spulenabschnitt 102 ein Magnetresonanzsignal. Dieses Signal wird durch ein Computersystem 106 verarbeitet, um Magnetresonanzinformation eines Magnetresonanztomographiebildes zu erzeugen, und das Bild wird auf einem Monitor 107 angezeigt. Die Leistungsversorgung für das statische Magnetfeld 100, die Leistungsversorgung für das Gradientenmagnetfeld 103, der Sender/Empfänger 104, der RF-Spulenabschnitt 102, das Computersystem 106 und der Monitor 107 bilden eine elektrische Einheit.
Das oben beschriebene MRI-System kann mit einem aktiven Gradientenabschirmungsspulenabschnitt zur aktiven Gradientenabschirmung eines durch den Spulenabschnitt 101 erzeugten Gradientenmagnetfeldes versehen werden.
Ein supraleitender Magnet zur Erzeugung eines statischen Feldes gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung wird nun beschrieben. Die zweite Ausführungsform ist die gleiche wie die in 3 bis 5 gezeigte Ausführungsformen mit der Ausnahme der Strukturen der ersten und zweiten supraleitenden Spulenanordnungen.
7 ist eine Querschnittsansicht, die in einer Richtung senkrecht zu der Magnetachse 14 genommen ist, um insbesondere die Anordnungsbeziehung zwischen den Spulen zu zeigen. Während die erste supraleitende Spulenanordnung 31 neun supraleitende Spulen a bis e und b' bis e' aufweist, weist die zweite supraleitende Spulenanordnung 32 fünf supraleitende Spulen f bis h und g' bis h' auf. Obwohl die Spule a tatsächlich eine einzelne Komponente ist, ist sie in zwei Spulen a und a' mit Bezug auf die gemeinsame zentrale Ebenen 15 in 7 zweckmäßigerweise aufgeteilt. Das gleiche gilt für die supraleitenden Spulen f und f'.
Wie in 7 dargestellt, sind die Spulen der ersten supraleitenden Spulenanordnung 31 konzentrisch entlang der Magnetachse 14 und symmetrisch mit Bezug auf die gemeinsame zentralen Ebene 15 senkrecht zu der Achse 16 angeordnet. Genauer gesagt sind die jeweiligen gepaarten Spulen a und a', b und b', c und c', d und d' und e und e' symmetrisch zueinander. Die erste Anordnung 31 umfasst zwei Spulenabschnitte mit großem Durchmesser V mit einem Paar von Spulen, beispielsweise das Paar von Spulen d und d', die in der Nachbarschaft beider Enden der Anordnung lokalisiert sind. Die anderen Abschnitte der ersten Anordnung 31 sind Spulenabschnitte mit kleinem Durchmesser W.
Die jeweiligen Spulenpaare f und f', g und gä und h und hä, die die zweite supraleitende Spulenanordnung 32 bilden, sind ebenfalls symmetrisch hinsichtlich der gemeinsamen zentralen Ebene 15.
8 ist ein Verdrahtungsplan, der die supraleitenden Spulen der in 7 gezeigten ersten und zweiten supraleitenden Spulenanordnungen 31 und 32 zeigt. Wie in 8 gezeigt sind alle Spulen der ersten und zweiten Anordnung 31 und 32 in Reihe geschaltet. Ein Ende der Spule e' der ersten Anordnung 31 ist mit einem Leistungsversorgungsanschluss T1 und ein Ende der Spule h' der zweiten Anordnung 32 ist mit einem Leistungsversorgungsanschluss T2 verbunden. In 8 gibt SW einen permanenten Stromschalter und R einen Schutzwiderstand zum Schützen gegen Spulenbeschädigung an, wenn das Quench-Phänomen auftritt.
Die Wirkungsweise im Betrieb der zweiten Ausführungsform ist im Wesentlichen die gleiche wie die der ersten Ausführungsform. Sie kann jedoch verstärkt erhalten werden, wenn der Magnet 10 relativ lang ist, da die beiden Spulenabschnitte mit großem Durchmesser V in der Nachbarschaft beider Enden der ersten supraleitenden Spulenanordnung 31 vorgesehen sind.
Die oben beschriebenen und in den Figuren gezeigten ersten und zweiten Ausführungsformen weisen die folgenden Merkmale und Vorteile auf.
(1) Der supraleitende Magnet zur Erzeugung eines statischen Feldes gemäß der ersten Ausführungsform umfasst eine erste supraleitende Spulenanordnung 11 mit Spulen mit kleinem Durchmesser a, a', b, b', c und c' und eine Spule mit großem Durchmesser d, die ein Loch mit Raumtemperatur 16 umgibt und ein erstes Magnetfeld erzeugt, und eine zweite supraleitende Spulenanordnung 12, die die erste Anordnung 11 umgibt und ein zweites Magnetfeld erzeugt. Der Magnet legt das synthetisierte Magnetfeld des ersten Magnetfeldes und des zweiten Magnetfeldes an einen Betriebs-Raum 17 an, der in den zentralen Teil des Lochs 16 ausgebildet ist.
Die ersten und zweiten Anordnungen 11 und 12 sind elektrisch miteinander in Reihe geschaltet. Die Spule mit großem Durchmesser, die mindestens ein Teil (V) der Anordnung 11 ist, ist von den Spulen mit kleinem Durchmesser getrennt und nahe an oder außerhalb der zweiten Anordnung 12 angeordnet. Der Magnet erzeugt ein derartiges Magnetfeld, so dass die Magnetkomponenten höherer Ordnung des ersten Magnetfeldes und diejenigen des zweiten Magnetfeldes im Wesentlichen Null werden. Somit kann das synthetisierte Magnetfeld gleichmäßig an den Betriebs-Raum 17 in dem Loch mit Raumtemperatur 16 angelegt werden.
Bei dem oben beschriebenen supraleitenden Magneten zur Erzeugung eines statischen Feldes sind, da mindestens ein Teil (z. B. die Spule mit großem Durchmesser d) der ersten supraleitenden Spulenanordnung 11 nahe an oder außerhalb der zweiten supraleitenden Spulenanordnung 12 angeordnet ist, die Spulen zum Erzeugen von Magnetkomponenten höherer Ordnung von dem Betriebs-Raum 17 des Lochs 16 weit entfernt lokalisiert, womit ein sehr homogener großer magnetischer Raum in dem Loch 16 erzielt und zur gleichen Zeit ein Umgebungs-Magnetfeld außerhalb des Magneten 10 verringert wird. Da der Magnet außerdem kürzer gemacht werden kann, kann er ohne weiteres in dem existierenden Krankenhaus befördert und installiert werden und führt nicht dazu, dass sich ein Patient umschlossen oder eingeschlossen fühlt.
(2) Der supraleitende Magnet zur Erzeugung eines statischen Feldes gemäß der zweiten Ausführungsform umfasst eine erste supraleitende Spulenanordnung 31, die ein Loch mit Raumtemperatur 16 umgibt und ein erstes Magnetfeld erzeugt, und eine zweite supraleitende Spulenanordnung 32, die die erste Anordnung 31 umgibt und ein zweites Magnetfeld erzeugt. Der Magnet legt das synthetisierte Magnetfeld des ersten Magnetfeldes und des zweiten Magnetfeldes an einen in dem zentralen Teil des Lochs 16 gebildeten Betriebs-Raum 17 an. Die ersten und zweiten Anordnungen 31 und 32 sind elektrisch in Reihe miteinander geschaltet. Die erste Anordnung 31 umfasst mindestens eine Spule d in deren Mitte in der Richtung einer Magnetachse 14, und die Spule d ist nahe an oder außerhalb der zweiten Anordnung 32 angeordnet. Der Magnet erzeugt ein derartiges Magnetfeld, so dass die Magnetkomponenten höherer Ordnung des ersten Magnetfeldes und diejenigen des zweiten Magnetfeldes im Wesentlichen Null werden. Somit kann das synthetisierte Magnetfeld gleichmäßig in dem Betriebs-Raum 17 in dem Loch mit Raumtemperatur 16 angelegt werden.
Folglich erzeugt der supraleitende Magnet zur Erzeugung eines statischen Feldes die gleiche Wirkungsweise im Betrieb wie die des oben in (1) beschriebenen Magneten. Da die Spule d der ersten Anordnung 31 nahe an oder außerhalb der zweiten Anordnung 32 angeordnet ist, kann ein leckendes elektrisches Feld verringert und ein sehr homogener magnetischer Raum zuverlässig gebildet werden.
(3) Der supraleitende Magnet zur Erzeugung eines statischen Feldes gemäß der zweiten Ausführungsform umfasst eine erste supraleitenden Spulenanordnung 31, die ein Loch mit Raumtemperatur 16 umgibt und ein erstes Magnetfeld erzeugt, und eine zweite supraleitende Spulenanordnung 32, die die erste Anordnung 31 umgibt und ein zweites Magnetfeld erzeugt. Der Magnet legt das synthetisierte Magnetfeld des ersten Magnetfeldes und des zweiten Magnetfeldes an einen in dem zentralen Teil des Lochs 16 ausgebildeten Betriebs-Raum 17 an. Die ersten und zweiten Anordnungen 31 und 32 sind elektrisch miteinander in Reihe geschaltet. Die erste Anordnung 31 umfasst mindestens ein Paar von Spulen d und d' nahe beider Enden davon in der Richtung einer Magnetachse 14, und die Spule d ist nahe an oder außerhalb der zweiten Anordnung 32 angeordnet. Der Magnet erzeugt ein derartiges Magnetfeldes, so dass die Magnetkomponenten höherer Ordnung des ersten Magnetfeldes und diejenigen des zweiten Magnetfeldes im Wesentlichen Null werden. Somit kann das synthetisierte Magnetfeld gleichmäßig in dem Betriebs-Raum 17 in dem Loch mit Raumtemperatur 16 angelegt werden.
Folglich erzeugt der supraleitende Magnet zur Erzeugung eines statischen Feldes die gleiche Wirkungsweise im Betrieb wie die des oben in (1) beschriebenen Magneten. Da das Paar von Spulen d und d' der ersten Anordnung 31 nahe an oder außerhalb der zweiten Anordnung 32 angeordnet ist, kann ein leckendes elektrisches Feld verringert und ein sehr homogener magnetischer Raum zuverlässig gebildet werden, obwohl die ersten und zweiten Anordnungen in ihren axialen Richtungen kürzer sind.
(4) Bei dem supraleitenden Magneten zur Erzeugung eines statischen Feldes, wie oben in (1) bis (3) beschrieben, betragen die Magnetkomponenten nullter Ordnung, die in dem zentralen Teil des Magneten 10 von dem Spulenabschnitt mit großem Durchmesser V der ersten supraleitenden Spulenanordnung 11 (31) erzeugt werden, die an dem äußeren Umfang der zweiten supraleitenden Spulenanordnung 12 (32) bereitgestellt werden, ungefähr 5% des synthetisierten Magnetfeldes.
Die Verschlechterung der Homogenität des Magnetfeldes, die auf eine Verschiebung (Fehler in der Anordnung) in der Gruppierung zwischen den Spulenabschnitten mit kleinem und großem Durchmesser W und V der ersten Anordnung 11 (31) und der zweiten Anordnung 12 (32) in ihrer axialen Richtung beruht, beträgt 1/10 derjenigen eines Magneten, der keine Spulen mit großem Durchmesser aufweist. Aus diesem Grund kann eine Vorrichtung zum Erzeugen eines sehr homogenen Magnetfeldes erhalten werden.
(5) Bei dem supraleitenden Magneten zur Erzeugung eines statischen Feldes, wie oben in (1) bis (4) beschrieben, bei dem die Länge des Magneten gleich L und der Durchmesser des Lochs mit Raumtemperatur gleich D1 ist, ist L/D1 ≤ 2,1.
Bei diesem Magneten können ebenfalls ohne weiteres die oben in (1) bis (3) beschriebenen Merkmale und Vorteile erhalten werden. Da außerdem der Magnet kürzer gemacht werden kann, kann er ohne weiteres in dem existierenden Krankenhaus befördert und installiert werden.
(6) Bei dem supraleitenden Magneten zur Erzeugung eines statischen Feldes, wie oben in (1) bis (5) beschrieben, bei dem der Außendurchmesser des Magneten gleich D2 und der Durchmesser des Lochs mit Raumtemperatur gleich D1 ist, ist D2/D1 ≤ 2.
Bei diesem Magneten können die oben in (1) bis (3) beschriebenen Merkmale und Vorteile ebenfalls ohne weiteres erhalten werden. Da der Magnet außerdem im Außendurchmesser verringert werden kann, kann er ohne weiteres in dem existierenden Krankenhaus befördert und installiert werden.
Folglich kann bei dem supraleitenden Magneten zur Erzeugung eines statischen Magnetfeldes und dem MRI-System gemäß der Erfindung ein statisches Magnetfeld mit hoher Homogenität gebildet werden. Der Magnet und das System können kompakt ausgeführt und somit ohne weiteres in dem existierenden Krankenhaus befördert und installiert werden, und führen nicht dazu, dass sich ein Patient umschlossen oder eingeschlossen fühlt.

Claims

Magnet zur Erzeugung eines statischen Feldes mit: einer ersten Spulenanordnung (11; 31), die einen Spulenabschnitt mit kleinem Durchmesser (W) und einen Spulenabschnitt mit großem Durchmesser (V) aufweist, wobei der Spulenabschnitt mit kleinem Durchmesser (W) einen Durchmesser aufweist, der kleiner als derjenige des Spulenabschnitts mit großem Durchmesser (V) ist, zum Erzeugen eines Hauptmagnetfelds in einem vorbestimmten Bereich (17), und einer zweiten Spulenanordnung (12; 32) zum Erzeugen eines Abschirmmagnetfelds zum aktiven Abschirmen eines von dem Hauptmagnetfeld ausfließenden Magnetfelds, wobei die ersten und zweiten Spulenanordnungen (11, 12; 31, 32) in Reihe geschaltet sind und wobei eine Richtung, in der ein Strom durch die erste Spulenanordnung (11; 31) fließt, entgegengesetzt einer Richtung ist, in der ein Strom durch die zweite Spulenanordnung (12; 32) fließt, wobei die ersten und zweiten Spulenanordnungen (11, 12; 31, 32) konzentrisch entlang einer Magnetachse (14) und symmetrisch mit Bezug auf eine zentrale Ebene (15) senkrecht zu der Achse (14) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Spulenabschnitt mit großem Durchmesser (V) der ersten Spulenanordnung an dem gleichen Abstand von der Magnetachse (14) wie die zweite Spulenanordnung angeordnet ist.
Magnet zur Erzeugung eines statischen Feldes gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Spulenabschnitt mit großem Durchmesser (V) von dem vorbestimmten Bereich (17) und dem Spulenabschnitt mit kleinem Durchmesser (W) radial getrennt ist.
Magnet zur Erzeugung eines statischen Feldes gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Spulenanordnung (12; 32) von dem vorbestimmten Bereich (17) und der ersten Spulenanordnung (11; 31) radial getrennt ist.
Magnetostatisches Feld erzeugender Magnet gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, dass der Spulenabschnitt mit großem Durchmesser (V) axial nahe der zentralen Ebene (15) angeordnet ist.
Magnetostatisches Feld erzeugender Magnet gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Spulenabschnitt mit kleinem Durchmesser (W) axial an beiden Seiten des Spulenabschnitts mit großem Durchmesser (V) angeordnet ist.
Magnetostatisches Feld erzeugender Magnet gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Spulenabschnitt mit kleinem Durchmesser (W) axial nahe an dem vorbestimmten Bereich angeordnet ist, und dass der Spulenabschnitt mit großem Durchmesser (V) axial an beiden Seiten des Spulenabschnitts mit kleinem Durchmesser (W) angeordnet ist.
Magnetostatisches Feld erzeugender Magnet gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Spulenabschnitt mit großem Durchmesser (V) angeordnet ist, um ein Magnetfeld nullter Ordnung in einem zentralen Teil des vorbestimmten Bereichs (17) zu erzeugen, wobei das Magnetfeld nullter Ordnung ungefähr 5% eines in dem vorbestimmten Bereich (17) erzeugten Gesamtmagnetfelds ist.
Magnetostatisches Feld erzeugender Magnet gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass, wenn eine Länge des Magneten L und ein Durchmesser des vorbestimmten Bereichs D1 ist, dann L/D1 ≤ 2,1 gilt.
Magnetostatisches Feld erzeugender Magnet gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass, wenn ein Außendurchmesser des Magneten D2 ist und ein Durchmesser des vorbestimmten Bereichs D1 ist, dann D2/D1 ≤ 2 gilt.
Magnetostatisches Feld erzeugender Magnet gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten und zweiten Spulenanordnungen (11, 12; 31, 32) supraleitende Spulenanordnungen sind.
Magnetostatisches Feld erzeugender Magnet gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Spulenabschnitt mit kleinem Durchmesser (W) von einer Mehrzahl von Spulen (a, a', b, b', c, c', e, e') und der Spulenabschnitt mit großem Durchmesser (V) von mindestens einer Spule (d, d') gebildet wird.
MRI-System mit: einem Behälter (10), der einen Subjekteinfügungsraum aufweist; einem Magneten gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, der in dem Container (10) zusammen mit einem Kühlmittel (201) enthalten ist; einem Gradienten-Magnetfeld erzeugenden Abschnitt (101), der in dem Subjekteinfügungsraum des Behälters (10) angeordnet ist; einer HF-Einheit (102), die in dem Subjekteinfügungsraum des Behälters (10) angeordnet ist; einer elektrischen Einheit (103–107) zum Steuern des Gradienten-Magnetfeld erzeugenden Abschnitts (101) und der HF-Einheit (102) und zum Erzeugen von magnetischer Resonanzinformation als Reaktion auf ein Magnetresonanzsignal von der HF-Einheit (102).
MRI-System gemäß Anspruch 12, ferner gekennzeichnet durch Umfassen eines Spulenabschnitts mit aktiver Gradientenabschirmung für die aktive Gradientenabschirmung eines Gradientenmagnetfelds, dass durch den Gradienten-Magnetfeld erzeugenden Abschnitt (101) erzeugt wird.