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Dokumentenidentifikation DE102004012248A1 29.09.2005
Titel Kernspintomographiegerät mit verbesserter Anbindung von Versorgungsleitungen beim Einsatz von Insert-Gradientenspulen
Anmelder Siemens AG, 80333 München, DE
DE-Anmeldedatum 12.03.2004
DE-Aktenzeichen 102004012248
Offenlegungstag 29.09.2005
Veröffentlichungstag im Patentblatt 29.09.2005
IPC-Hauptklasse G01R 33/385
Zusammenfassung Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Kernspintomographiegerät, aufweisend einen Grundfeldmagneten, ein Ganzkörper-Gradientenspulensystem mit einer HF-Antenne (1), umgeben von einem Tragrohr (2), welches einen Innenraum (5) umgibt und begrenzt, wobei sich in diesem Innenraum (5) Führungsschienen (7) befinden, auf welchen über die Stirnseite (3) des einen Tragrohrendes eine Patientenliege (6) und über die Stirnseite (4) des anderen Tragrohrendes eine Insert-Gradientenspule (9) in den Innenraum (5) einführbar ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Versorgungs-Leitungen (13) (14) (15) für die Insert-Gradientenspule (9) ins Innere des Innenraumes (5) geführt sind und dort jeweils in einem Kupplungsteil (17) enden und die Insert-Gradientenspule (9) das jeweilige Kupplungsteilgegenstück (18) aufweist.

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf die Kernresonanztomographie (Synonym: Magnetresonanztomographie, MRT) wie sie in der Medizin zur Untersuchung von Patienten Anwendung findet. Dabei bezieht sich die vorliegende Erfindung insbesondere auf eine Verbesserung von Kernspintomographiegeräten die unter Benutzung von Insert-Gradientenspulen (auch lokale Gradientenspulen genannt) betrieben werden.

MRT-Geräte werden seit längerem in der Medizin und in der Biophysik zum Gewinnen von Bildern aus dem Körperinneren eines Untersuchungsobjektes (beispielsweise eines Patienten) eingesetzt. Die Magnetresonanztomographie basiert auf dem physikalischen Phänomen der Kernspinresonanz. Bei dieser Untersuchungsmethode wird das Untersuchungsobjekt einem starken konstanten Grundmagnetfeld ausgesetzt, woraus sich in dem Untersuchungsobjekt die vorher reglos orientierten Kernspins der Atome ausrichten. Dieses außerordentlich starke Grundmagnetfeld wird von einem supraleitenden Grundfeldmagneten erzeugt und beträgt typischerweise 0,22 bis 1,5 Tesla. Mittels Hochfrequenzwellen (HF-Signale) die über HF-Antennen in den Untersuchungsbereich eingestrahlt werden, werden diese ungeordneten Kernspins zu einer bestimmten Schwingung (Resonanzfrequenz) angeregt. Diese Schwingung erzeugt in der Resonanztomographie das eigentliche Messsignal (HF-Antwortsignal bzw. Kernresonanzsignal) für die MRT-Bildgebung, welches mittels geeigneter Empfangsspulen (üblicherweise wieder über die HF-Antennen) aufgenommen wird.

Vorraussetzung für die Bildgewinnung ist eine genaue Information (Ortsinformation bzw. Ortskodierung) über den jeweiligen Entstehungsort des HF-Antwortsignals in dem Untersuchungsobjekt. Diese Ortsinformation wird mittels magnetischer Zusatzfelder (magnetische Gradientenfelder), die entlang der drei Raumrichtungen von Gradientenspulen (zwei jeweils zueinander orthogonale Sattelspulen sowie einer Maxwellspule) erzeugt werden, gewonnen. Die dem Grundmagnetfeld überlagerten Gradientenfelder sind so gestaltet, dass in jedem Volumenelement die magnetische Feldstärke und damit auch die Resonanzfrequenz verschieden ist. Wird nun über die HF-Antenne eine definierte Resonanzfrequenz eingestrahlt, so können nur die Atome angeregt werden, die sich in dem Untersuchungsbereich an einem Ort befinden, an dem das Magnetfeld – und zwar die Überlagerung des Grundfeldes mit den Gradientenfeldern – die entsprechende Resonanzbedingung erfüllt. Geeignete Variationen der Gradientenfelder ermöglichen es, den Ort eines Volumenelementes, bei dem die Resonanzbedingung erfüllt ist, definiert zu verschieben um so den interessierenden Bereich Voxel für Voxel abzutasten.

Jede dieser Gradientenspulen ist mit einer eigenen Stromversorgung ausgestattet um unabhängige Strompulse entsprechend der in einer Pulssequenzsteuerung eines Anlagenrechners programmierten Folge Amplituden – und Zeit – genau zu erzeugen. Die erforderlichen Ströme liegen bei etwa 250 A. Da die Gradientenschaltzeiten so kurz wie möglich seien sollen, sind Stromanstiegsraten (engl. Slewrates) in der Größenordnung von 250 kA/s nötig. Mit derartigen Schaltvorgängen in dem außerordentlich starken Grundfeld sind auf Grund der dabei auftretenden Lorentzkräfte starke mechanische Schwingungen verbunden die entsprechend hohe mechanische Anforderungen an das gesamte System stellen. Ferner bewirken die hohen Stromstärken starke ohmsche Verluste die zu einer starken Erwärmung der Gradientenspule führen. Aus diesem Grund ist eine aktive Kühlung notwendig (beispielsweise ein Wasserwärmetauscher) deren Funktionsweise mittels Thermosensoren bzw. Spulenüberwachungsleitungen kontinuierlich überwacht wird.

Zur kernspintomographischen Untersuchung wird das Objekt (im allgemeinen der Patient) in den Untersuchungsraum des MRT-Gerätes eingebracht und positioniert. Um Untersuchungsobjekte von unterschiedlicher Größe aufnehmen zu können, muss der Untersuchungsraum eine Mindestgröße aufweisen. Bei medizinischen Anwendungen wird die Größe so gewählt, dass ein Patient vollständig in den Untersuchungsraum eingefahren werden kann.

Für die Untersuchung von speziellen Bereichen des Untersuchungsobjektes, beispielsweise den Kopf eines Patienten, kann eine sogenannte lokale Gradientenspuleneinheit (im Folgenden "Insert-Gradientenspule" genannt) verwendet werden. Aus der US 5,185,576 ist eine solche Insert-Gradientenspuleneinheit bekannt, die in den Untersuchungsraum des MRT-Gerätes eingebracht wird.

1 zeigt einen schematischen Schnitt durch ein MRT-Gerät mit integrierter Insert-Gradientenspule nach dem Stand der Technik. Der Schnitt zeigt einen großen schraffierten Bereich 1 der den supraleitenden Grundfeldmagneten sowie das Ganzkörpergradientenspulensystem der HF-Antenne umfasst. Die eben aufgeführten nicht einzeln dargestellten Komponenten sind von einem Tragrohr 2 umgeben welches zu beiden Stirnseiten 3, 4 aus designtechnischen Gründen trompetenförmig aufgeweitet ist und einen Innenraum 5 umgibt und begrenzt. Im unteren Bereich des Innenraums befinden sich Führungsschienen 7 auf welchen über die Stirnseite 3 (in diesem Falle von rechts) des Tragrohrendes eine Patientenliege 6 mit einer Kopfstütze 8 in den Innenraum 5 eingeführt ist. Im mittleren Bereich des Innenraums 5 befindet sich eine Insert-Gradientenspule 9 die für Untersuchungen im Kopfbereich eines Patienten ausgelegt ist und in die zu diesem Zweck die Kopfstütze 8 aufgenommen ist.

Das Einführen einer solchen Insert-Gradientenspule 9 erfolgt ähnlich wie das Einführen der Patientenliege 6: Die Insert-Gradientenspule 9 wird auf einen höhenverstellbaren Abstellwagen 10 an die (in diesem Fall linke) Stirnseite 4 des Tragrohres 2 herangefahren, auf Höhe der Führungsschienen gebracht und auf den Führungsschienen gleitend in die Mitte des Innenraums 5 geschoben. Zentrierelemente 16 (2 und 3) fixieren die Insert-Gradientenspule im Tragrohrinnenraum, so dass dies fest mit dem Grundfeldmagneten verbunden ist, um den auf sie wirkenden Kräften standzuhalten.

Insert-Gradientenspulen bieten verschiedene Vorteile gegenüber Ganzkörperspulen in Bezug auf Induktivität, Slewrate, maximal möglicher Gradientenstärke und Patientenstimulation bei kleineren Außendurchmessern.

Dennoch müssen auch Insert-Gradientenspulen an Stromleitungen 13 für mehrere hundert Ampere, an Wasserkühlungsleitungen 15 sowie an Spulenüberwachungsleitungen 14 (z. B. zur Temperaturüberwachung) angeschlossen werden, wobei insbesondere die Gradientenstromzuleitungen bzw. Anschlüsse starken Wechselkräften (Lorenzkräften) ausgesetzt sind und daher mechanisch stabil fixiert werden müssen. Dabei sollte der Einbau der Insert-Gradientenspule möglichst einfach und schnell auszuführen sein, um möglichst wenig kostbare Messzeit zu verlieren.

Derzeit erfolgt die Einbringung von Insert-Gradientenspulen händisch, wobei jeder Anschluss der genannten Zuführungsleitungen 13, 14, 15 separat manuell an bzw. abgeklemmt werden muss, wobei bei der Vielzahl der Leiteranschlüsse – in 1 sind vereinfachenderweise nur die drei unterschiedlichen Leitertypen dargestellt – die Gefahr besteht korrespondierende Anschlüsse zu verwechseln.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher ein Kernspintomographiegerät anzugeben bei dem ein unsachgemäßes Anschließen der Insert-Gradientenspulen-Zuführungsleitungen ausgeschlossen ist.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die Merkmale des unabhängigen Anspruches gelöst. Die abhängigen Ansprüche bilden den zentralen Gedanken der Erfindung im besonders vorteilhafter Weise weiter.

Erfindungsgemäß wird ein Kernspintomographiegerät beansprucht, welches einen Grundfeldmagneten, ein Ganzkörpergradientenspulensystem mit einer HF-Antenne aufweist umgeben von einem Tragrohr welches einen Innenraum umgibt und begrenzt, wobei sich in diesem Innenraum Führungsschienen befinden auf welchen über die Stirnseite des einen Tragrohrendes eine Patientenliege und über die Stirnseite des anderen Tragrohrendes eine Insert-Gradientenspule in den Innenraum einführbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Versorgungsleitungen für die Insert-Gradientenspule ins Innere des Innenraumes geführt sind und dort jeweils in einem Kupplungsteil enden und die Insert-Gradientenspule das jeweilige Kupplungsgegenstück aufweist.

Vorteilhafterweise sind die Versorgungsleitungen entlang des Tragrohres verlegt und fixiert. Dies hat den Vorteil, dass keine Probleme durch Spikes auftreten bzw. Kabelbrüche durch Vibrationen vermieden werden.

Ebenso vorteilhaft sind die Versorgungsleitungen zwischen den Führungsschienen verlegt und fixiert, so dass diese beim Ein- und Ausfahren der Insert-Gradientenspule nicht hinderlich sind.

In einer anderen möglichen Ausgestaltung der Erfindung können die Versorgungsleitungen auch in der Patientenliege verlegt und fixiert sein.

Erfindungsgemäß bestehen die Versorgungsleitungen aus Gradientenleitungen, Überwachungsleitungen und Kühlwasserleitungen. Vorteilhafterweise stellen die Kupplungsteile die die Leitungen der Insert-Gradientenspule mit den Leitungen nach außen verbinden sogenannte Schnellverbindungen dar. Insbesondere stellen die Kupplungen vorteilhafterweise sogenannte Steckverbindungen dar die beim Eindringen der Insert-Gradientenspule geschlossen werden.

Um das Grundfeld nicht zu beeinflussen sind die Gradientenleitungen und die Überwachungsleitungen vorteilhafterweise als Koaxialkabel ausgebildet.

Weitere Vorteile, Merkmale und Eigenschaften der vorliegenden Erfindung werden nun anhand von Ausführungsbeispielen bezugnehmend auf die begleitenden Zeichnungen näher erläutert.

1 zeigt einen schematischen Schnitt durch ein MRT-Gerät mit eingebauter Insert-Gradientenspule nach dem Stand der Technik.

2 zeigt einen schematischen Schnitt durch ein MRT-Gerät mit eingebauter Insert-Gradientenspule und erfindungsgemäßer Zuführung der Versorgungsleitungen.

3 zeigt schematisch eine Frontsicht auf den Innenraum eines Kernspintomographiegerätes bei eingebauter Insert-Gradientenspule, und

4 zeigt als Einzelheit X einen schematischen Schnitt durch eine Schnellkupplung eines Versorgungsleiters der Insert-Gradientenspule.

2 zeigt einen schematischen Schnitt durch ein MRT-Gerät in welches eine Insert-Gradientenspule 9 eingebracht ist. Wie in der Darstellung von 1 stellt die eingebaute Insert-Gradientenspule 9 von 2 eine Kopfspule dar in deren inneres die Kopfstütze 8 der Patientenliege 7 eingeführt ist. Sowohl Patientenliege 7 als auch Insert-Gradientenspule 9 sind auf den Führungsschienen geführt bzw. gelagert. Wie in der Frontansicht auf der rechten Seite von 2 bzw. in 3 dargestellt, wird die Insert-Gradientenspule zusätzlich durch Zentrierelemente 16 im oberen Bereich des Tragrohrinnenraumes fixiert. Der Querschnitt der Patientenliege 6 in dieser Ansicht ist gestrichelt dargestellt.

Im Unterschied zu 1 sind die Versorgungsleitungen der Insert-Gradientenspule 9 in 2 erfindungsgemäß in einem Leiterbündel 19 entlang des Tragrohres 2 geführt und an diesem fixiert.

Die Führung des Leiterbündels 19 – bestehend aus Gradientenleitungen 13, Überwachungsleitungen 14 und Kühlwasserleitungen 15 – erfolgt zwischen den Führungsschienen 7 (siehe auch 3) und endet im Innenraum 5 des MRT-Gerätes an einer definierten Längsposition in einer Steckverbindung (beispielsweise einer Schnellkupplung vom Typ "Quick-connect" der Firma Multikontakt). Das Gegenstück zu der leiterbündelseitigen Steckverbindung befindet sich im unteren Bereich der Insert-Gradientenspule 9, so dass beim Einbringen der Insert-Gradientenspule 9 in den Innenraum die Steckverbindung geschlossen wird. Auf diese Weise werden die einzelnen Leitungen des Leiterbündels 19 mit den zum Teil vergossenen korrespondierenden Leitungen der Insert-Gradientenspule in einem einzigen Schritt verbunden.

Eine mögliche Ausführung der Steckverbindung zeigt Einzelheit X die in 4 vergrößert dargestellt ist.

Die leiterbündelseitige Steckverbindung besteht in dieser Ausführungsform aus einer Anzahl parallel angeordneter Buchsen 17 wobei eine jede im Einzelfall der Ausführungsform der jeweiligen Leitung entspricht (Kühlwasserleitung oder Stromleitung). Die spulenseitige Steckverbindung besteht aus einem Stecker 18 der an der Insert-Gradientenspule 9 fixiert ist. Durch Einführen der Insert-Gradientenspule 9 entlang der Führungsschiene bis zu der erwähnten Längsposition werden alle Steckverbindungen gleichzeitig geschlossen, so dass ein verwechseln der Anschlüsse ausgeschlossen ist. Auf diese Weise kann der Einbau einer Insert-Gradientenspule 9 einfach und schnell ausgeführt werden. Ferner wird vorgeschlagen die Stromzuführungsleitungen als Koaxialleitungen auszuführen um Wechselwirkungen mit dem Grundfeld zu vermeiden.

Es sei noch vermerkt, dass in einer weiteren Ausführung der Erfindung das Leiterbündel 19 in der Patientenliege verlegt bzw. integriert sein kann. Entsprechend sind in diesem Fall die Kupplungen an der Insert-Gradientenspule Liegenseitig angebracht.

Die Vorteile der erfindungsgemäßen Leitungsführung und Anschlussweise werden im folgenden zusammengefasst:

  • – Da alle Leitungen der Insert-Gradientenspule fest am Tragrohr verlegt bzw. fixiert sind (insbesondere als Koaxialkabel) treten keine Probleme mit Spikes (störende elektrische Entladungen) auf; Vibrationen auf Grund von Lorentzkräften werden unterdrückt wodurch Kabelbrüche vermieden werden.
  • – Da die Insert-Gradientenspule keine Anschlussleitungen trägt kann sie einfach und schnell ein bzw. wieder ausgebaut werden.
  • – Es herrscht eine definierte Anschlusssituation insbesondere durch technisch einfache Anschlüsse weshalb einerseits eine fehlerhafte Leiterzuordnung vermieden wird und andererseits keine Werkzeuge für einen Insert-Gradietenspulenwechsel bzw. Ein- und Ausbau erforderlich sind.
  • – Das erfindungsgemäße Anschluss-System ist bei sämtlichen MRT-Geräten nachrüstbar.


Anspruch[de]
  1. Kernspintomographiegerät aufweisend einen Grundfeldmagneten, ein Ganzkörper-Gradientenspulensystem mit einer HF-Antenne (1) umgeben von einem Tragrohr (2) welches einen Innenraum (5) umgibt und begrenzt, wobei sich in diesem Innenraum (5) Führungsschienen (7) befinden auf welchen über die Stirnseite (3) des einen Tragrohrendes eine Patientenliege (6) und über die Stirnseite (4) des anderen Tragrohrendes eine Insert-Gradientenspule (9) in den Innenraum (5) einführbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Versorgungs-Leitungem (13), (14), (15) für die Insert-Gradientenspule (9) ins Innere des Innenraumes (5) geführt sind und dort jeweils in einem Kupplungsteil (17) enden und die Insert-Gradientenspule (9) das jeweilige Kupplungsteilgegenstück (18) aufweist.
  2. Kernspintomographiegerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Versorgungsleitungen (13), (14), (15) entlang des Tragrohres (2) verlegt und fixiert sind.
  3. Kernspintomographiegerät nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Versorgungsleitungen (13), (14), (15) zwischen den Führungsschienen (7) verlegt und fixiert sind.
  4. Kernspintomographiegerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Versorgungsleitungen (13), (14), (15) in der Patientenliege (6) verlegt und fixiert sind.
  5. Kernspintomographiegerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Versorgungsleitungen aus Gradientenleitungen (13), Überwachungsleitungen (14) und Kühlwasserleitungen (15) bestehen.
  6. Kernspintomographiegerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungsteile (17), (18) sogenannte Schnellverbindungen darstellen.
  7. Kernspintomographiegerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungen (17), (18) sogenannte Steckverbindungen darstellen die beim Einbringen der Insert-Gradientenspule (9) geschlossen werden.
  8. Kernspintomographiegerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Gradientenleitungen (13) und die Überwachungsleitungen (14) als Koaxialkabel ausgebildet sind.
Es folgen 3 Blatt Zeichnungen






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