BR112012013588B1

BR112012013588B1 - método para homogeneizar um campo magnético, detector para detectar a ressonância magnética e painel para homogeneizar um campo magnético

Info

Publication number: BR112012013588B1
Application number: BR112012013588-0A
Authority: BR
Inventors: Garett M. Leskowitz; Gregory McFEETORS; Sebastien PERNECKER
Original assignee: Nanalysis Corp.
Priority date: 2009-12-02
Filing date: 2010-12-01
Publication date: 2021-01-26
Also published as: CN104459584A; AU2010327289A1; JP2013512442A; US20110137589A1; CN102640010B; JP5818267B2; CA2780181C; EP2507643A1; US8712706B2; AU2010327289B2; CN104459584B; HK1171512A1; CN102640010A; CA2780181A1; BR112012013588A2; US20140225615A1; EP2507643A4; EP2507643B1; NZ599837A; WO2011066652A1

Abstract

MÉTODO E APARELHO PARA PRODUZIR CAMPOS MAGNÉTICOS HOMOGÊNEOS É revelado um método para calçar um campo magnético utiliza uma única corrente de calço para contribuir para supressão de mais do que um componente geométrico de uma inomogeneidade no campo magnético sem mudar a geometria do caminho de calço. também são revelados aparelhos para implementar o método. Nas modalidades os aparelhos compreendem caminhos de calço substancialmente orientados de forma comum.

Description

MÉTODO PARA HOMOGENEIZAR UM CAMPO MAGNÉTICO, DETECTOR PARA DETECTAR A RESSONÂNCIA MAGNÉTICA E PAINEL PARA HOMOGENEIZAR UM CAMPO MAGNÉTICO

Campo

A presente invenção se refere à supressão de inomogeneidade em campos magnéticos

Antecedentes

Publicações de fundamentos relevantes incluem as seguintes:
McDowell, A. e Fukushima, E., "Ultracompact NMR: 1H Spectroscopy in a Subkilogram Magnet", Applied Magnetic Resonance 35 (1), 185-195, 2008. Essa referência demonstra espectroscopia NMR em um ímã permanente compacto com amostras de nanolitro-volume.

Blümich, Bernhard, et al., "Mobile NMR for Geophysical Analysis and Materials Testing", Petroleum Science 6 (1), 1-7, 2009. Essa referência mostra um espectrômetro NMR compacto que emprega um modelo de ímã de Halbach.

Chmurny, Gwendolyn N. e Hoult, David I., "The Ancient and Honourable Art of Shimming", Concepts in Magnetic Resonance Part A 2 (3), 131-149, 2005. Essa referência detalha o uso de expansões de função de harmônico esférico em calçamento.

Raich, H. e Blumler, P., "Design and Construction of a Dipolar Halbach Array with a Homogeneous Field from Identical Bar Magnets: NMR Mandhalas", Concepts in Magnetic Resonance B: Magnetic Resonance Engineering 23B (1), 16-25, 2004. Essa referência detalha o uso dos ímãs do tipo Halbach- feitos a partir de ímãs cúbicos em espectrômetros de ressonância magnética nuclear.

Moresi, Giorgio e Magin, Richard, "Miniature Permanent Magnet for Table-top NMR", Concepts in Magnetic Resonance Part B: Magnetic Resonance Engineering 19B (1) . 35-43, 2003. Essa referência revela esforços para tornar o campo dentro dos arranjos de Halbach mais homogêneos para aplicações NMR utilizando peças polares planas. Ela também menciona uma configuração de desenho com cristas.

Danieli, Ernesto, "Mobile Sensor for High Resolution NMR Spectroscopy and Imaging", Journal of Magnetic Resonance 198, 80-87, 2009. Essa referência revela esforços para tornar o campo mais homogêneo utilizando ímãs colocados dentro de um arranjo de Halbach primário.

Keim, Thomas A., "Intentionally Non-orthogonal Correction Coils for High-homogeneity Magnets", Patente dos Estados Unidos No. 4.581.580, 1986. Revela o uso de um conjunto de bobinas de calçamento capazes de produzir múltiplos harmônicos esféricos através da variação do conjunto especificado de correntes aplicadas. Uma determinada bobina dentro do conjunto pode contribuir para mais do que uma única função de harmônico esférico.

Golay, M. J. E., "Homogenizing Coils for NMR Apparatus", Patente dos Estados Unidos 3.622.869, 1971. Revela o uso de bobinas de homogeneização para otimização dos campos magnéticos que consistem em condutores elétricos afixados às chapas eletricamente isolantes e colocados paralelos e adjacentes às peças polares magnéticos.

Kabler, Donald J., Gang, Robert E., e Reeser, Jr., William O., "Magnetic Field Shim Coil Structure Utilizing Laminated Printed Circuit Sheets", Patente dos Estados Unidos No. 3.735.306, 1973. Revela bobinas de homogeneização de campo construídas com folhas de circuitos impressos colocadas paralelas e adjacentes às peças polares em um módulo separado.

A Patente dos Estados Unidos 4.682.111, de 1987, para Hughes, revela o uso de peças polares moldados para aperfeiçoar a homogeneidade do campo magnético estático.

Rose N.E., "Magnetic Field Correction in the Cyclotron", Phys. Rev. 53, 715-719, 1938. Descreve peças polares com cristas para uso na homogeneização dos campos magnéticos em ciclotrões.

O'Donnell, Matthew, et al., "Method for Homogenizing a Static Magnetic Field Over an Arbitrary Volume", Patente dos Estados Unidos No. 4.680.551, (emitida em 14 de julho) 1987. Revela a seleção de correntes de calçamento com base no mapeamento de campo magnético e um cálculo de mínimos quadrados ponderados.

O Documento US 3,735,306 descreve uma estrutura de bobina de shimming (homogeneização do campo magnético) que utiliza folhas de circuito impresso laminadas. O Documento US 6,002,255 revela um sistema de MRI de magneto aberto planar tendo shimming de campo alvo ativo. O Documento US2001/0050176 A1 divulga um dispositivo de condutor elétrico que tem malhas condutoras que estão dispostas em áreas com linhas limitadoras definidas por uma estrutura de rede e nas quais os dispositivos de controle estão ligados para o controle das correntes no interior do dispositivo do condutor. O Documento US 3,622,869 descreve um aparelho de ressonância magnética nuclear adaptado para homogeneizar um campo.

Em um experimento de ressonância magnética nuclear (NMR), uma amostra é colocada sob a influência de um campo magnético estático de polarização, o qual parcialmente alinha os momentos magnéticos de giro nuclear da amostra. A precessão dos momentos ocorre no campo estático em uma frequência, denominada a frequência de Larmor, que é proporcional à intensidade do campo. Os momentos magnéticos da amostra podem ser manipulados mediante aplicação de um campo magnético de radiofrequência (RF) transversal na frequência de Larmor. Mediante observação da reação da amostra ao campo de RF, se pode obter compreensão da análise na composição química da amostra. A capacidade de NMR como um método analítico pode ser amplamente uma função de quão bem possam ser controladas as características dos campos magnéticos aplicados.

A prática de calçamento de campos magnéticos (tornando os campos mais uniformes) existe desde os primeiros dias de NMR e originalmente usava peças finas de metal colocadas fisicamente atrás dos ímãs de fonte para ajustar as posições daqueles ímãs para refinar o campo magnético. Técnicas de calçamento mais modernas utilizam bobinas eletromagnéticas. Espectrômetros de ressonância magnética, convencionais, comumente utilizam bobinas de calçamento dispostas em formas de bobina substancialmente cilíndricas. O uso de bobinas de calçamento em dispositivos de NMR compactos comprovou ser difícil principalmente devido às restrições de espaço que podem não acomodar sistemas de bobina de calçamento, tradicionais, os quais podem ter muitas camadas. O espaço disponível dentro de um ímã principal em muitos dos tais dispositivos pode ser muito pequeno para acomodar um conjunto típico de bobinas de calçamento cujos elementos individuais são individualmente projetados predominantemente para lidar com um e apenas com um aspecto geométrico ou componente geométrico da inomogeneidade residual do campo magnético principal.

As Figuras 1A, 1B e 1C comparam o campo de polarização principal e as configurações de amostra-tubo de modelos típicos de espectrômetro de campo elevado com um modelo para sistemas de ímãs compactos que se baseiam no arranjo cilíndrico de Halback. As setas rotuladas B indicam a direção do campo magnético principal. Nenhuma medida de calçamento é mostrada nas figuras. A Figura 1A mostra esquematicamente as bobinas de campo de supercondução do ímã de alto-campo, um tubo de amostra cilíndrico inserido, e o campo B produzido pelas bobinas. O campo magnético dentro do volume de amostra é alinhado ao longo do eixo de simetria comum das bobinas e do tubo.

As Figuras 1B e 1C mostram o mesmo tubo de amostra inserido em um arranjo de ímã de Halbach cilíndrico, o qual produz um campo B perpendicular ao eixo de simetria do tubo. Esse arranjo de Halbach específico é composto de oito ímãs em um arranjo circula colocado em torno do tubo, com os vetores de magnetização dos ímãs (mostrados como setas) perpendiculares ao eixo de simetria do tubo. O campo dentro do arranjo de Halbach é bem uniforme para algumas aplicações, porém pode ser muito não homogêneo para alguns experimentos de NMR de alta resolução.

Para substancialmente reduzir a inomogeneidade de um campo magnético, pode ser útil ter controle independente sobre diferentes aspectos geométricos da inomogeneidade de campo. Em muitas aplicações de ressonância magnética, o campo magnético principal é fortemente polarizado ao longo de uma direção especificada, que consideramos como sendo o eixo-Z de um quadro de referência Cartesiano cuja origem está em determinado ponto fixo. A frequência Larmor de giros magnéticos localizados em um ponto no espaço é determinada pela magnitude do campo naquele ponto, a qual em campos razoavelmente homogêneos é muito bem aproximada pelo componente-Z do campo, Bz. Pode-se expandir Bz como uma soma escalada das funções,

onde k é uma variável (ou um número de variáveis) usada para indexar as várias funções, fk no conjunto, e onde x, y e z são coordenadas Cartesianas ou outras coordenadas espaciais definindo posições dentro de um volume encerrando ao menos parte da amostra. B0 é a parte grande e especialmente uniforme do campo, e os coeficientes, ck, quantificam diferentes componentes da inomogeneidade de campo. Tais conjuntos de funções, por exemplo,
x, z, xy, ½(x2 - y2) são ditas com ortogonais (com relação a um produto escalar especificado de funções) se o produto escalar entre duas funções que não são idênticas for zero. Um produto escalar comum entre duas funções é a integral,
˂k1|k2˃ =∫ W(x, y, z) fk1(x, y, z)fk2(x, y, z) dV ,
onde V denota um volume pertinente às funções em relação as quais a integral é calculada, onde a estrela denota conjugação complexa, e onde W denota uma função de ponderação definida no volume, que quantifica quão importante é o elemento de volume em (x, y, z) em sua contribuição para a integral.

Por exemplo, comumente, uma expansão em funções de harmônico esférico é usada, onde as funções são
fn,m (x, y, z) = Nn,mPn,m (cosθ)exp(imΦ)fn,m(x, y, z) = Pn,m(cosθ)exp(imΦ),
onde

e Φ = tan-1(y/x)Φ = tan-1(y/x), onde Pn,m denota um polinômio de Legendre ou função de Legendre associada, e onde Nn,m são fatores de normalização. Nesse caso

função delta de Dirac, e diz-se que as funções são "ortogonais sobre a esfera unitária". Algumas vezes, combinações lineares de valor real das funções de harmônico esférico de valor complexo são em vez disso utilizadas.

Se, além disso, o produto escalar entre cada função fk e ele próprio for igual a 1, então se diz que o conjunto de funções é ortonormal.

Sumário

São revelados métodos e aparelho para suprimir inomogeneidades em um campo magnético. Os métodos compreendem o uso de um ou mais caminhos de calçamento, e um caminho de calçamento pode ser usado para calçar mais do que um componente geométrico do campo sem qualquer mudança na geometria ou localização espacial do caminho de shimming.

Em uma primeira modalidade é revelado um método para calçar um campo magnético no qual há uma inomogeneidade tendo mais do que um componente geométrico, o campo magnético sendo produzido por um conjunto de ímãs, o método compreendendo: aplicar uma pluralidade de correntes de calçamento único moduladas coordenadamente ao longo de caminhos correspondentes de uma pluralidade de caminhos de calçamento substancialmente orientados comumente, uma porção de cada caminho de calçamento localizada dentro do conjunto de ímãs; e suprimir o mais do que um componente geométrico da inomogeneidade no campo magnético utilizando a pluralidade de correntes de calçamento.

Em uma modalidade alternativa a pluralidade de correntes de calçamento é disposta em um plano comum.

Em uma modalidade alternativa caminhos individuais dos caminhos de calçamento substancialmente orientados comumente: são substancialmente retos; ou compreendem duas porções substancialmente retas separadas por uma mudança súbita de direção; ou compreendem três porções substancialmente retas separadas por mudanças súbitas de direção; ou compreendem uma região que tem uma configuração em ziguezague.

Em uma modalidade alternativa uma amostra é inserida no campo magnético ao longo de um eixo e a orientação dos caminhos de calçamento é substancialmente paralela ao eixo.

Em uma modalidade alternativa cada corrente individual da pluralidade de correntes de calçamento flui em um caminho respectivo da pluralidade de caminhos de calçamento e em que as correntes individuais das correntes são determinadas mediante: estimação de um campo magnético produzido pela aplicação de uma corrente conhecida a cada um dos vários caminhos de calçamento; computação de um produto escalar de funções representativas dos componentes geométricos do campo magnético estimado para obter valores de componentes geométricos; arranjo dos valores de componentes geométricos em uma matriz; determinação de um pseudoinverso da matriz para obter valores de matriz pseudoinversa; e escolha das correntes individuais dentre as correntes de acordo com os valores de matriz pseudoinversa.

Em uma modalidade alternativa a aplicação compreende ajusta de forma coordenada as magnitudes das correntes de calçamento.

Em uma modalidade alternativa uma única corrente de calçamento induz uma corrente de imagem em um material magneticamente permeável nas proximidades do caminho de calçamento.

Em uma modalidade alternativa é revelada um detector para detectar a ressonância magnética em uma amostra exposta a um campo magnético principal, o detector compreendendo: um painel de calçamento substancialmente plano tendo duas extremidades; e uma pluralidade de caminhos de calçamento tendo uma orientação substancialmente comum que se estendem entre as duas extremidades, os caminhos de calçamento para aplicar correntes de calçamento nos mesmos.

Em uma modalidade alternativa o detector compreende um espaço longitudinal que tem um eixo, o espaço longitudinal para inserção de uma sonda de amostra contendo a amostra ao longo do eixo e em que a orientação é substancialmente paralela ao eixo.

Em uma modalidade alternativa o painel de calçamento plano compreende dois painéis planos.

Em uma modalidade alternativa o detector compreende peças polares nas quais são montadas os dois painéis de shimming planos, as peças polares se estendendo dentro de um espaço longitudinal.

Em uma modalidade alternativa uma das correntes de calçamento induz uma corrente de imagem dentro de uma peça polar.

Em uma modalidade alternativa ao menos um subconjunto dos vários caminhos de calçamento é disposto em planos substancialmente paralelos.

Em uma modalidade alternativa é provida uma placa de circuitos impressos na qual está compreendido o painel de calçamento plano.

Em uma modalidade alternativa os caminhos de calçamento ou: compreendem regiões substancialmente retas separadas por uma mudança súbita de direção; ou são substancialmente paralelas através de ao menos uma porção de seus comprimentos.

Em uma modalidade alternativa é revelado um painel de calçamento que tem primeira e segunda extremidades substancialmente distanciadas e uma porção substancialmente plana compreendendo uma pluralidade de caminhos de calçamento cada um deles se estendendo substancialmente entre as extremidades, em que os caminhos de calçamento: compreendem regiões substancialmente retas separadas por uma mudança súbita de direção do caminho; ou são substancialmente paralelas através de ao menos uma porção de seu comprimento; ou tem uma orientação substancialmente comum.

Em modalidades alternativas os caminhos de calçamento estão em um plano comum.

Em modalidades alternativas o detector aceita a inserção de uma amostra ao longo de um eixo e as extremidades do painel são substancialmente orientadas ao longo do eixo.

Em modalidades alternativas o painel de calçamento compreende uma placa de circuitos impressos. Em uma modalidade alternativa é revelado um método para determinar as correntes de calçamento para um dispositivo de ressonância magnética, o método compreendendo as etapas de: estimar o campo magnético produzido por intermédio da aplicação de uma corrente conhecida a um número de caminhos de calçamento; descobrir os componentes geométricos de um campo magnético produzido utilizando um produto escalar de funções; arranjar os valores obtidos como componentes geométricos em uma matriz; e escolher as correntes aplicadas de acordo com os valores em um pseudoinverso da matriz.

Nas modalidades um dispositivo de ressonância magnética pode ser um detector de NMR e pode ser um espectrômetro de NMR.

Nas modalidades as correntes de calçamento são determinadas mediante estimação dos efeitos de correntes unitárias aplicadas aos caminhos e a estimação pode compreender: simular um campo de calçamento unitário; ou mapear um campo de calçamento unitário.

Nas modalidades cada corrente individual flui em um caminho e correntes individuais das correntes são determinados mediante: descoberta do produto escalar dos componentes geométricos dos campos de calçamento unitários para os caminhos; arranjo dos produtos em uma matriz; e escolha das correntes conforme proporcionais aos valores em uma entrada correspondente em um pseudoinverso da matriz.

Nas modalidades, é revelado um aparelho de calçamento para calçar um campo magnético tendo dois componentes geométricos, o aparelho compreendendo um caminho de calçamento e caracterizado em que o aparelho é operável para suprimir as inomogeneidades em diferentes componentes geométricos do campo magnético mediante mudança da magnitude de uma corrente aplicada ao caminho enquanto a geometria do caminho permanece constante.

Características e vantagens da presente matéria em estudo se tornarão mais evidentes à luz da descrição detalhada seguinte das modalidades selecionadas, conforme ilustrado nas figuras anexas. Conforme será percebido, a matéria em estudo revelada e reivindicada é capaz de modificações em vários aspectos, tudo sem se afastar do escopo da presente matéria em estudo. Consequentemente, os desenhos e a descrição devem ser considerados como de natureza ilustrativa, e não de forma restritiva.

Breve Descrição dos Desenhos

A Figura 1A é uma lateral esquemática mostrando um tubo de amostra em um arranjo de bobinas para produzir um campo magnético forte alinhado ao longo de um eixo de simetria do tubo de amostra para NMR.
A Figura 1B é uma vista superior esquemática mostrando um tubo de amostra em um arranjo de ímã de Halbach cilíndrico visto ao longo do eixo de simetria do tubo.
A Figura 1C é uma vista em perspectiva esquemática mostrando um tubo de amostra em um arranjo de ímã de Halbach cilíndrico visto ao longo de um eixo perpendicular ao eixo de simetria do tubo.
A Figura 2A é uma vista superior esquemática de um espaço no qual uma modalidade de um painel de calçamento poderia ser inserida ou dentro do qual uma modalidade de um painel de calçamento pode ser posicionada.
A Figura 2B é uma vista lateral de um espaço de acordo com a Figura 2A.
A Figura 3 mostra uma vista de extremidade de um conjunto de ímãs adequado para produzir um campo magnético substancialmente ao longo do eixo z.
A Figura 4A mostra uma vista lateral de um modelo de peça polar para uso com um painel de calçamento de acordo com uma modalidade.
A Figura 4B é uma vista de uma peça e polo tomada em ângulos retos em relação à Figura 4A.
A Figura 4C mostra detalhe da Figura 4B.
A Figura 5 mostra um arranjo de duas peças e polo com painéis de calçamento de acordo com uma modalidade.
A Figura 6 é uma vista plana mostrando uma modalidade de um painel de calçamento.
A Figura 7 é uma vista plana mostrando uma segunda modalidade de um painel de calçamento tendo um padrão em ziguezague dos caminhos de calçamento em cada um dos dois lados ou duas camadas do painel.
A Figura 8 é um gráfico tridimensional mostrando um perfil de campo magnético produzido mediante aplicação de uma corrente de 200mA a um dos traços mostrados na Figura 7 isoladamente.
A Figura 9 é um gráfico tridimensional mostrando um perfil de campo magnético produzido mediante aplicação de correntes aos traços da Figura 7 em combinação.
A Figura 10 mostra um diagrama de blocos de uma primeira modalidade geral.
A Figura 11A mostra uma modalidade alternativa de um painel de calçamento.
A Figura 11B mostra uma primeira camada dos caminhos de calçamento a partir do painel de acordo com a Figura 11A.
A Figura 11C mostra uma segunda camada dos caminhos de calçamento a partir do painel de acordo com a Figura 11A.
A Figura 11D mostra uma terceira camada dos caminhos de calçamento a partir do painel de acordo com a Figura 11A.
A Figura 11E mostra a quarta camada dos caminhos de calçamento a partir do painel de acordo com a Figura 11A.
A Figura 12 mostra uma seção perpendicular ao arranjo de ímãs de acordo com a Figura 13.
A Figura 13 mostra um diagrama de blocos de um exemplo de uma modalidade.
A Figura 14 mostra um painel de calçamento de acordo com uma modalidade alternativa.

Descrição Detalhada das Modalidades Preferidas Termos

Nessa revelação, a recitação de um número especificado de elementos é entendida como incluindo a possibilidade de qualquer número maior de tais elementos. Assim, por exemplo, a recitação de que um painel de calçamento, compreende dois caminhos de calçamento, indica que o painel de calçamento compreende ao menos dois caminhos de calçamento, mas pode compreender 3, 4, 5 ou qualquer número de caminhos de calçamento maior do que dois. Similarmente, referência aos elementos individuais de um grupo de elementos indica que qualquer um único elemento ou mais do que um de tais elementos tem a propriedade ou característica especificada.

Nessa revelação o termo "calçamento" se refere a qualquer método para suprimir inomogeneidade de campo magnético. O campo magnético pode ser um campo magnético principal e pode ser gerado ou mantido dentro de um dispositivo de ressonância magnética; o qual pode ser uma máquina de NMR, pode ser um espectrômetro e pode ser uma máquina de NME compacta.

Nessa revelação o termo "ressonância magnética" ou "MR" significa reorientação ressonante de momentos magnéticos de uma amostra em um campo ou campos magnéticos; e inclui ressonância magnética nuclear (NMR), ressonância de giro de elétrons (SER) , formação de imagem de ressonância magnética (MRI) e ressonância ferromagnética (FMR) . Como a presente invenção se refere aos métodos e aparelho para tornar mais uniformes os campos magnéticos estáticos em geral, a invenção também pode ser aplicada em ressonância de ciclotrão de íons (ICR). Em aplicações e modalidades específicas os aparelhos e métodos revelados são aplicados a NMR e em modalidades eles são aplicados aos espectrômetros de NMR ou aos formadores de imagem de NMR. Materiais que exibem ressonância magnética quando expostos a um campo magnético são referidos como magneticamente ressonantes ou nuclídeos ou materiais ativos de MR.

Nessa revelação os termos "shimming", "caminho", "caminho de shimming", "traço de shimming", "caminho de corrente" e semelhantes se referem aos caminhos de condução de corrente para suprimir inomogeneidade em um campo magnético primário. Uma "corrente de calçamento" é uma corrente aplicada a um caminho de shimming. Um "campo de shimming" ou "campo de calçamento" se refere a um campo magnético gerado por um ou mais caminhos de shimming ou correntes de shimming. Nas modalidades tais caminhos podem ser suportados em uma superfície adequada geralmente referida como uma "placa de shimming" ou "painel de shimming" que pode ser uma placa e pode ser substancialmente não condutiva ou substancialmente não magnética. Nas modalidades um caminho pode ser diretamente suportado pela superfície de um ímã primário ou a superfície de um material magneticamente permeável. Nas modalidades específicas os caminhos podem ser providos em ou sobre uma, duas, três, quatro, cinco ou mais camadas, ou planos em, ou sobre, menos do que: seis, cinco, quatro, três ou duas camadas ou plano de um painel de shimming, e um painel de shimming pode compreender ou suportar qualquer número adequado de caminhos de shimming. Nas modalidades específicas, os painéis de shimming podem compreender ou suportar 8 ou 24 caminhos, mas nas modalidades alternativas 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30 ou mais caminhos são possíveis. Um painel pode compreender extremidades substancialmente opostas ou mutuamente distanciadas, e um caminho pode ter extremidades próximas a cada uma das duas extremidades do painel de shimming. Nas modalidades os painéis de shimming podem ser posicionados paralelos ou perpendiculares a um campo magnético primário ou em qualquer outra orientação desejada.

Nas modalidades dos painéis de shimming a disposição dos caminhos de shimming em múltiplas camadas ou planos pode permitir melhor e mais exato controle dos campos de calçamento. Nas modalidades os painéis de shimming podem ser placas de circuitos impressos que podem ser placas de circuitos impressos ultrafinas com caminhos na geometria apropriada. Em modalidades alternativas a construção dos painéis de shimming pode utilizar materiais magneticamente transparentes tais como cerâmicas cozidas a baixa temperatura ("LTCC") . Uma gama de materiais alternativos será prontamente evidente para aqueles versados na técnica. Os caminhos podem ser paralelos ou substancialmente paralelos por todo o seu comprimento. Um caminho pode inverter a direção e pode ser curvo ou reto integral ou parcialmente. Nas modalidades, vários caminhos de shimming são dispostos em um plano comum e são orientados comumente de forma substancial. Os caminhos de shimming podem ser paralelos ou substancialmente paralelos por uma parte de todo seu comprimento, e nas modalidades podem compreender duas ou mais regiões substancialmente retas separadas por mudanças rápidas de direção. Assim, nas modalidades alternativas, através de seu comprimento um determinado caminho de shimming pode ser substancialmente reto, ligeiramente ou substancialmente curvo, ter uma, duas, três, quatro, cinco, seis ou mais mudanças súbitas de direção, podem formar um ângulo agudo, podem formar um ziguezague, ou podem formar qualquer outra configuração desejada por um usuário. Será entendido que onde os caminhos são dispostos em um plano comum, o próprio plano pode ser curvo ou deslocado em uma ou mais direções em um ou mais pontos. Nas modalidades um caminho pode ter uma geometria que é disposta em um plano ou em uma superfície substancialmente bidimensional.

Nessa revelação o termo "orientação" ou "orientado", onde usado com relação aos caminhos de shimming indicam o alinhamento geral do caminho, com base nas posições das extremidades da porção do caminho que estão dispostas em um painel de shimming. Assim, mesmo se a configuração de um número de caminhos compreender múltiplas mudanças de direção, desde que suas extremidades sejam geralmente orientadas ou alinhadas ao longo de um eixo comum, esses caminhos são referidos como tendo uma orientação comum. Similarmente, a orientação de um painel de shimming é definida em relação àquelas de suas extremidades ou superfícies que compreendem extremidades dos caminhos de shimming.

Nessa revelação, uma "corrente" de shimming " se refere à corrente aplicada a um caminho de shimming e pode ter qualquer valor adequado, em magnitude ou sinal, para sua finalidade desejada. Nas modalidades, uma corrente de shimming pode estar em qualquer lugar dentro de uma faixa delimitada pelos valores selecionados do grupo consistindo em aproximadamente - mais ou menos 1mA, 2mA, 3mA, 4mA, 5mA, 6mA, 7mA, 8mA, 9mA, 10mA, 20mA, 30mA, 40mA, 50mA, 60mA, 70mA, 80mA, 90mA, 100mA, 110mA, 120mA, 130mA, 140mA, 150mA, 160mA, 170mA, 180mA, 190mA, 200mA, 250mA, 300mA, 350mA, 400mA, 450mA, 500mA, 550mA, 600mA, 700mA, 800mA, 900mA, 1000mA, 1500mA, 2000mA ou mais do que aproximadamente 2000mA ou - 2000mA. Será entendido que nas modalidades a direção de uma corrente de shimming pode ser invertida e que qualquer referência a um valor para uma corrente de shimming compreende ou considera ambas as orientações ou direções, positiva e negativa, de tal corrente, a qual será prontamente selecionada por aqueles versados na técnica.

Nas modalidades específicas, a corrente de shimming em um determinado caminho de shimming pode fluir em qualquer direção ao logo do caminho ou predominantemente em uma direção, e pode variar a partir de um valor de corrente de aproximadamente 0mA a aproximadamente um valor máximo, J. Esse valor máximo J pode ser de aproximadamente 1mA, 2mA, 3mA, 4mA, 5mA, 6mA, 7mA, 8mA, 9mA, 10mA, 20mA, 30mA, 40mA, 50mA, 60mA, 70mA, 80mA, 90mA, 100mA, 110mA, 120mA, 130mA, 140mA, 150mA, 160mA, 170mA, 180mA, 190mA, 200mA, 250mA, 300mA, 350mA, 400mA, 450mA, 500mA, 550mA, 600mA, 700mA, 800mA, 900mA, 1000mA, 1500mA, 2000mA ou mais do que aproximadamente 2000mA. Similarmente, em modalidades específicas e se desejável, o valor mínimo para uma corrente pode ser selecionado dentre a seguinte faixa de valores.

Nessa revelação o termo "ortogonalidade" significa que um produto escalar especificado de funções é zero quando avaliado entre os componentes geométricos individuais do campo. Aqueles versados na técnica reconhecerão que a correção de campo ortogonal pode ser desejável de modo que componentes geométricos individuais da inomogeneidade possam ser ajustados amplamente de forma independente e é aproximada em espectrômetros de ressonância magnética nuclear de larga escala, convencionais, que podem ter várias bobinas sobrepostas ou outros formatos condutivos em uma forma de bobina cilíndrica, com cada bobina ou formato predominantemente responsável por um componente geométrico ortogonal específico do campo magnético, com cada componente geométrico relacionado a uma função de harmônico esférico.

Nessa revelação o termo "ímã primário" se refere a um dos ímãs contribuindo para um campo magnético primário para uso em aplicações de ressonância magnética. Nas modalidades pode haver dois ou mais de tais ímãs primários e a homogeneidade do campo (referida como o "campo primário") entre os mesmos pode ser modulada ou aperfeiçoada pelo uso de caminhos de calçamento.

Nessa revelação o termo "peça polar" se refere às peças de material magneticamente permeável colocadas nas proximidades de ímãs primários para uso em contribuir para, ou modelar, o campo magnético primário. Será entendido que as peças polares podem ter faces alongadas e podem ter a forma de chapas de formato adequado.

Nessa revelação o termo campo "primário" ou "principal" ou campo magnético primário ou principal significa o campo primário gerado em um aparelho para aplicações de ressonância magnética.

Nessa revelação o termo "volume de amostra" se refere a um volume de espaço em que uma amostra pode ser colocada e exposta a um campo magnético principal ou primário com o propósito de detectar as propriedades de ressonância magnética ou a amostra, incluindo determinar a presença, ausência ou características da ressonância magnética na amostra. O volume da amostra pode ser de qualquer dimensão adequada e pode ser encerrado, ou parcialmente encerrado; pode ser capaz de ser um vácuo ou vácuo parcial ou ser de atmosfera controlada. Nas modalidades o volume de amostra pode ter disposto, em torno de si, peças polares, caminhos de shimming, painéis de shimming e tais outros aparelhos conforme necessário ou desejável. Em modalidades específicas o volume de amostra pode ser ou pode estar dentro de ou pode compreender uma cavidade hexagonal ou cilíndrica ou outra cavidade moldada; e pode ser limitado por um, ou mais, ou uma pluralidade de ímãs.

Nessa revelação o termo "pseudoinverso" significa um pseudoinverso Moore-Penrose, ou um pseudoinverso de operadores lineares ou de matrizes e também é referido como um "inverso generalizado". Como ilustração, para a matriz A, seu pseudoinverso A+ é uma generalização de sua matriz inversa, e é igual ao inverso de A se A for uma matriz quadrado invertível. Mais precisamente, o pseudoinverso A+ de A é a matriz com as propriedades 1) 1) AA+A = A, 2) A+AA+=A+, 3) AA+ e A+A são Hermitianos. Nas modalidades um pseudoinverso pode ser usado para estabelecer uma solução aceitável de melhor ajuste para uma série de equações ou para se encontrar a solução ótima para um sistema de equações. Nas modalidades um pseudoinverso pode ser calculado pela decomposição de valor singular em um computador digital utilizando muitos pacotes computacionais padrão, por exemplo, Mathematics™, pela Wolfram Research™.

Nessa revelação o termo: "corrente unitária" significa um valor de corrente padrão arbitrariamente escolhido. Como exemplo e não como limitação, uma corrente unitária pode ser 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, ou mais miliampères, ou mais ou menos. Um "campo de shimming unitário" ou um "campo unitário" se refere ao campo magnético gerado por uma corrente unitária fluindo através de um caminho.

Nessa revelação uma referência a "modular" um campo magnético ou uma inomogeneidade que pode ser compreendida no mesmo, se refere a impor uma ou mais limitações desejadas na configuração do campo em qualquer ponto no espaço. Assim, modulação se refere geralmente à obtenção de uma mudança desejada.

Nessa revelação "suprimir" uma inomogeneidade se refere a qualquer ajuste para os componentes geométricos de um campo magnético para corrigir ou suavizar ou de outro modo superar as irregularidades indesejadas ou distorções no campo. A supressão pode ser completa ou parcial e pode afetar um ou mais componentes geométricos. Em modalidades específicas, a supressão pode ser acionada para fazer com que um campo magnético adote um grau desejado predeterminado de homogeneidade.

Nessa revelação uma referência a um "componente" de um campo magnético se refere a um componente de vetor do campo magnético, o qual pode estar em qualquer direção. Referência a um "componente" de uma inomogeneidade se refere a um componente geométrico, o qual pode, sem limitação, incluir quaisquer componentes funcionais, tal como as funções de x, xy, or ½(x2 - y2) , por exemplo, em expansão do campo magnético em um conjunto de tais funções.

Nessa revelação "estimar" um parâmetro, tal como um campo, um componente de campo, componente de inomogeneidade ou uma corrente, compreende fazer uma avaliação, a qual pode ser de qualquer grau de exatidão desejado, relacionada a qualquer aspecto do parâmetro, e pode incluir direção, magnitude, polaridade, geometria, taxa de mudança ou semelhante. A estimação pode ser obtida por intermédio de uma variedade de métodos incluindo a simulação de um campo, o cálculo de um campo, a medição de um campo unitário, mapeamento de um campo, ou qualquer outro método adequado, uma variedade dos quais será prontamente evidente para aqueles versados na técnica.

Nessa revelação o termo "geometria" quando usado com referência a um caminho de shimming, corrente de shimming, painel de shimming, campo de shimming, campo magnético ou semelhante, se refere a ambos, o arranjo espacial dos componentes e a posição global da estrutura sendo considerada. Assim, uma indicação de que um caminho de shimming pode ser usado para modular mais do que um componente de um campo magnético sem qualquer mudança na geometria do caminho de shimming indica que tal resultado é obtido sem que se mude a disposição física do caminho e shimming mediante flexão ou remodelagem do mesmo, e também sem mover a totalidade do caminho de shimming para um local ou orientação espacial diferente.

Nessa revelação, quaisquer estruturas ou porções de estrutura podem ser consideradas a partir de, consistir em ou compreender quaisquer materiais adequados. Por exemplo, nas modalidades peças polares ou quaisquer outros componentes magneticamente permeáveis podem ser construídos a partir de materiais de elevada permeabilidade tal como Mu-metal ou permalloy, e esses e outros materiais podem ser vendidos sob nomes comerciais ou marcas registradas tais como Carpenter Hymu80. Carpenter High Permeability 49, Ni49 ou Liga 4750. Aqueles versados na técnica prontamente selecionarão, adaptarão, e trabalharão com materiais adequados para qualquer aplicação determinada.

MODALIDADES

Modalidades da invenção são explicadas com referência geral às Figuras 1 a 14.

Primeira Modalidade

Em uma primeira modalidade geral são revelados métodos para suprimir as inomogeneidades em um campo magnético e um aparelho para calçar um campo magnético. O aparelho e método podem ser compreendidos de ou implementados em um detector de ressonância magnética. O Método pode ser definido de forma ampla como um método para calçar um campo magnético, o método caracterizado no uso de uma única corrente de shimming para suprimir mais do que um componente geométrico de uma inomogeneidade no campo magnético. O aparelho revelado pode ser um detector para detectar a ressonância magnética em uma amostra exposta a um campo magnético principal, o detector caracterizado no uso de um caminho de shimming individual para suprimir mais do que um componente geométrico de uma inomogeneidade de campo magnético em que o caminho se estende a partir de uma primeira extremidade de um suporte até uma segunda extremidade substancialmente oposta do suporte. Em uma formulação alternativa a modalidade compreende um aparelho de calçamento para calçar um campo magnético tendo dois componentes geométricos, o aparelho compreendendo um caminho de shimming e caracterizado em que o aparelho é operável para suprimir as inomogeneidades em diferentes componentes geométricos do campo magnético mediante mudança da magnitude de uma corrente aplicada ao caminho enquanto a geometria do caminho permanece constante ou substancialmente constante. A modalidade também compreende um painel de shimming que tem primeira, e segunda, extremidades substancialmente opostas e compreendendo uma pluralidade de caminhos de shimming cada um deles se estendendo substancialmente entre as extremidades de um detector de ressonância magnética compreendendo contatos para receber tal painel de shimming.

Uma variante adicional da modalidade compreende um método para escolher as correntes que devem ser aplicadas a uma pluralidade de caminhos de shimming, o método compreendendo estimar o campo magnético produzido pela aplicação de uma corrente conhecida ou de uma corrente unitária à pluralidade dos caminhos de shimming, descobrindo os componentes geométricos de um campo magnético e sua inomogeneidade gerada pelos caminhos de corrente utilizando um produto escalar de funções; arranjar os valores obtidos como componentes geométricos em uma matriz; e escolher as correntes aplicadas de acordo com os valores em um pseudoinverso da matriz. A estimativa pode compreender mapeamento dos campos magnéticos, medição dos campos magnéticos ou simulação dos campos magnéticos e pode compreender a estimativa das correntes de imagem.

Para simplicidade, aspectos específicos da modalidade e quaisquer variantes da mesma serão descritos separadamente e particularmente o método adotado para calcular as correntes de shimming usadas para gerar campos de shimming será descrito separadamente da arquitetura física.

A. Modelo Físico Geral de uma Modalidade

Um diagrama de blocos de uma forma geral de uma primeira modalidade geralmente indicada 10 é descrita inicialmente com referência geral à Figura 10 e pode compreender uma fonte de energia ou entrada de energia 16, um sistema de controle 12, conjunto de circuitos isoladores de corrente 14, um gerador 27 para gerar um campo magnético primário, e peças polares 28, painéis de shimming 18, 18' tendo caminhos de shimming associados, conjunto de circuitos de espectrômetro 22, e um volume de amostra definido 25 para aceitar uma amostra que pode ser contida dentro de um dispositivo de contenção de amostra ou tubo de amostra 24. Será visto que os painéis de shimming são providos em dois pares opostos combinatórios, designados 18 e 18'. Assim, em uma modalidade da primeira modalidade os quatro painéis de shimming podem compreender dois painéis de shimming mutuamente opostos os quais têm oito caminhos de shimming cada um; e dois painéis de shimming mutuamente opostos os quais têm cada um 24 caminhos de shimming.

Uma modalidade pode ser ou compreender ou ser compreendida de um aparelho integrado para detectar ou medir a ressonância magnética em uma amostra. Em modalidades específicas o aparelho pode ser qualquer forma de detector de ressonância magnética e pode ser ou compreender um espectrômetro de NMR, ou um formador de imagem de NMR. O aparelho pode ser portátil e pode ser um aparelho compacto com uma área ocupada de menos do que 3.000, menos do que 2.000 ou menos do que 1.000 centímetros quadrados. A unidade pode ser leve, e nas modalidades pode pesar menos do que aproximadamente 50, 40, 30, 25 ou menos do que aproximadamente 20 quilogramas, de modo a poder ser portátil para os homens. Qualquer forma adequada de construção e qualquer forma adequada de sistema de controle podem ser adotadas, mas em modalidades específicas um dispositivo pode ser controlado a partir de uma tela de toque integrada e pode ter um controle remoto opcional e recurso de processamento de dados. O sistema inteiro pode ter controles de sistema substancialmente automatizados, rotinas de otimização e gerenciamento de dados.

Modalidades específicas podem compreender um ímã estático, e podem compreender peças polares. O aparelho pode compreender qualquer número de placas ou painéis de shimming. Aparelho de otimização e controle de homogeneidade, um aparelho de geração e medição de frequência e um computador de controle de sistema podem ser todos providos. O formato, tamanho, dimensões de construção e arranjo dos componentes podem ser todos ajustados em modos que serão prontamente entendidos por aqueles versados na técnica.

Aspectos específicos da primeira modalidade geral são descritos agora separadamente.

1. Painéis de Shimming e Peças polares

Os painéis de shimming carregam caminhos de shimming condutivos. Na primeira modalidade quatro painéis de shimming são providos, dois dos quais carregam oito caminhos de shimming cada um e dois dos quais carregam 24 caminhos de shimming individualmente. Os painéis podem ser arranjados de modo que os dois painéis com 24 caminhos de shimming são mutuamente opostos e os dois painéis com oito caminhos de shimming são mutuamente opostos. Na primeira modalidade um painel de shimming compreende uma pluralidade de caminhos de shimming e tem duas extremidades substancialmente opostas ou mutuamente distanciadas. Os caminhos podem se estender entre conectores, um conector estando próximo de uma primeira extremidade do painel e o segundo conector próximo da segunda extremidade do painel.

Os painéis de shimming ou caminhos de shimming podem ser colocados na ou próximos da superfície das peças e polo. Em uma modalidade, isso pode ser feito mediante colocação dos caminhos de shimming nos painéis (tais como placas de circuito), e colocando os painéis na superfície das peças polares como mostrado na Figura 5. Na Figura 5, os painéis de shimming ou caminhos de shimming 90 são colocados em peças polares 80. Exemplos não limitadores da construção para esses painéis são traços de cobre, alumínio, ouro ou prata em um painel de circuitos, ou metais similares, embutidos em um painel; feitos utilizando-se um processo de cerâmica cozida a baixa temperatura (LTCC).

Na primeira modalidade, cada caminho de corrente não é em si correlacionado a um componente geométrico ortogonal específico do campo. Mais propriamente, cada caminho produz um perfil de campo que pode ser prontamente calculado. Parte desse cálculo considera o efeito da corrente sobre a peça polar, que responde com um campo magnético que pode ampliar o campo magnético da corrente aplicada através de uma "corrente de imagem" na peça polar. Para construir componentes ortogonais do campo, as correntes são controladas em combinação.

Na modalidade tal correção de inomogeneidade não ortogonal pode ser usada em combinação com peças polares moldadas que podem amplificar as correntes de calçamento através de um efeito de imagem-corrente. Nas modalidades isso pode, através da presença de bordas com cristas de uma peça polar, que são projetadas para suprimir um componente geométrico predominante da inomogeneidade global, fazer as correntes de shimming necessárias menores do que de outro modo poderia ser exigido. Isso pode ter o efeito de reduzir o consumo total de energia e a dissipação de calor.

Por exemplo, passar 200 miliampères de corrente através de um dos caminhos na Figura 7 produz um perfil de campo no plano xz que é mostrado na Figura 8. As coordenadas x e z estão em milímetros e o campo, Bz, está em micro tesla. A Figura 9 mostra um perfil de campo produzido utilizando uma combinação de correntes em dois painéis de shimming do tipo mostrado na Figura 7. Será visto a partir da figuras que um painel é colocado em uma peça polar, e o outro é colocado na peça polar oposta.

Em modalidades alternativas um painel de shimming individual pode compreender 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49, 50, 51, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 58, 59, 60, 61, 62, 63, 64, 65, 66, 67, 68, 69, 70 ou mais caminhos de shimming. Nas modalidades alternativas tantos quantos ou ao menos tantos quantos ou mais do que aproximadamente 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12. 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 28, 30, 32, 34, 36, 38, 40, ou mais painéis de shimming individuais podem ser providos. Nas modalidades grupos de painéis de shimming, tais como pares opostos de painéis de shimming, ou grupos de e, 4, 5, 6 ou mais painéis de shimming, podem ser configurados em oposição mútua ou de outro modo arranjados para prover contribuições equilibradas para o calçamento do campo principal.

Nas modalidades, o campo magnético principal gerado por um aparelho tem eixo longitudinal e um ou mais dos caminhos de shimming pode ser orientados de modo que o seu comprimento corresponda substancialmente ao eixo longitudinal do campo principal.

Em modalidades específicas um painel de shimming pode compreender primeira, e segunda, extremidades substancialmente distanciadas mutuamente ou opostas e pode compreender vários caminhos de shimming cada um se estendendo substancialmente entre as extremidades. Um detector de ressonância magnética de acordo com uma modalidade pode compreender contatos para receber um painel de shimming de tal modelo, de modo que um conjunto energizado de contatos para receber uma primeira extremidade do painel de shimming pode ser emparelhado com um conjunto adequadamente posicionado de contatos opostamente polarizados ou de aterramento, todos posicionados de modo a formar engate de condução com as extremidades dos caminhos e para aplicar às mesmas os valores de corrente, selecionados.

Nas modalidades os painéis de shimming podem ser retangulares e podem ser substancialmente planos. Em modalidades alternativas os painéis de shimming podem ter qualquer formato adequado e podem estar em uma camada ou em múltiplas camadas e podem ser planos ou curvos. Números de caminhos de shimming podem ser paralelos ou parcialmente paralelos por todo o seu comprimento ou parte de seu comprimento.

A Figura 6 mostra esquematicamente uma configuração geralmente numerada 100 com caminhos paralelos de shimming 101 se estendendo entre extremidades ou contatos 103, 104 nas extremidades 110 e 120 do painel. A Figura 7 mostra uma configuração alternativa designada 200 com duas camadas de caminhos, uma delas mostrada como linhas sólidas 201 e a outra como linhas tracejadas 202.
Cada caminho tem extremidades ou polos 231 e 232 que terminam próximo às extremidades 220 e 210 do painel.

A Figura 11 mostra uma configuração alternativa adicional para um painel de shimming. O painel mostrado na Figura 11A e geralmente designado 300 compreende vários caminhos, caminhos individuais sendo geralmente designados 330 e dispostos em camadas, cada camada sendo separadamente ilustrada nas Figuras 11B, C, D e E para clareza. Cada caminho individual de um primeiro conjunto de caminhos 340 é mostrado na Figura 11E. Cada um dos caminhos de shimming tem extremidades opostas 301, 302 e é orientado de modo que as extremidades dos caminhos são extremidades de painel próximas 310 e 320, respectivamente. Será visto que nesse modelo, e conforme mostrado particularmente na Figura 11A e 11E, cada caminho pode compreender três regiões substancialmente retas e paralelas designadas 332, 334, 336 que são intercaladas por mudanças de direção que podem ser súbitas ou mudanças angulares de direção.

Será visto que no modelo ilustrado o grupo de caminhos mostrados nas Figuras 1B e 1E são substancialmente imagens em espelho, e que os caminhos mostrados nas Figuras 11C e 11D também são essencialmente imagens em espelho.

Os caminhos 330 conforme mostrados na Figura 11B se estendem a partir das extremidades 361 a partir direita superior do painel 300 até extremidade 362 a partir esquerda inferior do painel. Conforme mostrado na Figura 11E, os caminhos 340 se estendem a partir das extremidades 341 à esquerda superior do painel até a extremidade 342 na direita inferior do painel. Similarmente o painel 300 compreende caminhos adicionais 360 que também se estendem a partir da direita superior até a esquerda inferior e 370 que se estendem a partir da esquerda superior até a direita inferior. Será entendido que nessa modalidade grupos de caminhos são providos em camadas diferentes.

Será entendido que os caminhos de shimming de modelos alternativos podem compreender 1, 2, 3, 4, 5; ou qualquer pluralidade de porções retas ou substancialmente retas, ou curvas, ou de mudanças de direção; e que a disposição e comprimento relativo de tais porções dos caminhos de shimming são similarmente variáveis e podem ser ajustadas ou selecionadas conforme desejado por um usuário. Não há necessidade específica para painéis de shimming que sejam usados em combinação dentro de uma modalidade específica ser do mesmo formato, dimensões, números de camadas ou modelo, embora tais limitações de similaridade possam ser úteis em certas aplicações. Nas modalidades, não há necessidade específica de os painéis de shimming exibir simetria inversa ou rotacional, embora isso possa ser desejável para algumas aplicações. Uma possível modalidade assimétrica é mostrada na Figura 14 em que um painel geralmente designado 400 carrega um primeiro conjunto de caminhos 410 e um segundo conjunto de caminhos 420, os quais são imagens inversas um do outro. Será entendido que nas modalidades os diferentes grupos de caminhos, ou subconjuntos dentro de tais grupos, podem ser dispostos em camadas ou planos diferentes, ou em lados opostos do painel 400.

Será entendido que os contatos para aplicar corrente aos caminhos de um painel de shimming podem estar nas extremidades ou próximos das extremidades do painel.
Com referência agora à Figura 10 será visto que uma amostra pode ser inserida no detector ao longo de um eixo, e em uso um painel de shimming e seu detector cooperante podem ser configurados de modo que um painel e seus caminhos associados geralmente são orientados ao longo do eixo de inserção de amostra.

Nas modalidades um painel de shimming pode ser ou pode compreender ou pode ser compreendido de uma placa de circuitos impressos ou uma chapa de cerâmica cozida a baixa temperatura ou um polímero flexível tal como mylar ou um substrato de alumina. Os painéis podem ser conectados aos circuitos de energia e controle através de conexão direta, cabo de fios ou fita a uma interface de controle digital ou analógico. Os caminhos de retorno de fornecimento de corrente podem ser encaminhados atrás das peças polares ou fora do campo primário produzindo medidas para blindar o volume de amostra contra o efeito de seu campo magnético.

Com a orientação aqui provida e o conhecimento comum geral na técnica, aqueles versados na arte selecionarão prontamente números adequados de caminhos de shimming e painéis de shimming, adotarão geometrias adequadas para os caminhos de shimming e painéis de shimming, e prontamente configurarão o aparelho resultante, para uma aplicação selecionada.

Um campo magnético estático produzido pelos ímãs, ou eletroímãs, permanentes pode ser particularmente homogeneizado pelas peças polares ferromagnéticas, uma possível configuração para as quais é ilustrada nas Figuras 4 e 5. Essas peças polares 80 podem ser duas chapas paralelas, substancialmente retangulares orientadas perpendiculares à direção do campo magnético estático. Embora os polos sejam úteis para concentrar e homogeneizar o campo, especialmente a partir de um arranjo de ímã permanente, as bordas dos polos podem sofrer de não uniformidades de campo devido aos efeitos de dispersão do campo entre os polos opostos. Nas modalidades, as peças polares são, portanto, moldadas de tal modo que as dispersões do campo nas bordas são minimizadas. Particularmente, uma borda erguida 72, deslocada a partir da face 70 da peça polar por uma distância 74 é projetada para minimizar as inomogeneidades associadas com os eixos curtos das peças polares substancialmente retangulares. Isso é ilustrado na Figura 4. As peças polares 80 podem aumentar a resistência de campo e a homogeneidade especialmente ao longo do eixo horizontal (y) conforme ilustrado na Figura 2 mostrando a cavidade hexagonal 50 dentro da qual uma amostra de polo 52 e as peças polares são inseridas. Como será visto a partir da vista apresentada na Figura 4B, as peças polares podem ser alargadas e podem ter cristas 72 nas bordas alargadas para aumentar o campo nas bordas ou extensões das peças polares. Como será visto a partir a Figura 4A, a peça polar pode ser geralmente retangular e, particularmente, pode ser mais longa ao longo do eixo paralelo às cristas do que ao longo dos eixos perpendiculares às cristas. Em seção transversal, conforme mostrado na Figura 4B, a peça polar pode ser amplamente trapezoidal, com a base do trapézio compreendendo um recesso para receber um painel de shimming. A Figura 4C mostra detalhe da borda externa alargada com suas cristas elevadas 72.

A Figura 3 mostra o arranjo geral dos ímãs principais 60 em torno de um canal 50 que acomoda as peças polares e amostra como mostrado na Figura 5, as setas 62 mostram as direções de magnetização predominantes de cada ímã no arranjo.

A faixa prática de dimensões para espessura e largura das peças polares pode variar, com base na intensidade de campo e exigências de homogeneidade, assim como restrições de volume da amostra. O comprimento do eixo (direção x) longitudinal pode variar a partir do comprimento do volume da amostra até mais longo do que o próprio arranjo de ímã. Nas modalidades, as peças polares podem ser laminadas ou de outro modo divididas em camadas interpostas com camadas isolantes finas para reduzir as correntes parasitas dentro das peças polares.

A Figura 3 mostra um arranjo de ímãs usado para gerar um campo primário da modalidade. Será visto que vários ímãs hexagonais são acondicionados juntos para deixar uma cavidade hexagonal longitudinal central em que duas dimensões perpendiculares ao comprimento do canal são designadas x e y com o propósito de referência adicional. A Figura 2 ilustra adicionalmente a geometria do canal hexagonal central, com um eixo longitudinal x, e os dois eixos mutuamente perpendiculares y e z que também são perpendiculares ao eixo x.

A Figura 5 mostra o posicionamento das peças polares 80 em um arranjo de ímã e também ilustra o posicionamento dos painéis de shimming 90 em suas extremidades alargadas, que são orientadas em direção a uma amostra 52. Para clareza, apenas aqueles ímãs no arranjo de ímãs que são mais próximos do espaço de sonda são mostrados na Figura 5. Conforme será visto, as peças polares se estendem através da cavidade central do arranjo de ímã, e a seção transversal trapezoidal permite que elas se ajustem longitudinalmente nesse lugar. As bases dos trapézios, com seus painéis de shimming associados 90, são mutuamente opostas e o volume de amostra com a amostra está entre os mesmos. As peças polares podem ser feitas de um material com uma elevada permeabilidade magnética relativa (por exemplo, acima de 3.000) de modo que as superfícies das peças polares servem substancialmente como equipotenciais do potencial magnético, com o campo magnético substancialmente perpendicular a essas superfícies equipotenciais. Alguns exemplos de materiais adequados incluem permalloy, Mu- metal, ferro doce (revestido de modo a impedir ferrugem), ou ligas e cobalto ou níquel de alta permeabilidade. Nas modalidades específicas, os seguintes três critérios não limitadores podem ser úteis na especificação do formato das peças polares:

• Eles devem preencher uma fração substancial do espaço de sonda (o espaço entre os ímãs) enquanto mantendo o espaço para o volume de amostra designado e os painéis de shimming. Isso pode aumentar a resistência do campo em adição ao objetivo desejado de homogeneizar o campo.
• Deve haver bordas elevadas nas peças polares se estendendo ao longo das bordas longas próximas ao volume de amostra de modo que os efeitos de borda associados com a derivada ∂2Bz/∂y2 ∂2Bz/∂y2 são reduzidos. O tamanho dessas cristas pode ser calculado utilizando-se simulações magnetostáticas de elemento finito.
• Em algumas variantes dessa ou de outras modalidades, pode ser desejável ter cabeamento elétrico fixado aos caminhos de corrente nos painéis de shimming e se estendendo até o conjunto de circuitos de controle estendidos atrás das peças polares, isto é, no lado oposto ao volume de amostra, ou fora do conjunto de ímã primário.

2. Controle das Funções de Calçamento

Será entendido que um caminho de shimming pode ser acionado de formas convencionais mediante aplicação de uma corrente de shimming através do mesmo, para gerar um campo de calçamento. Isso pode ser controlado através de conversores digitais/analógicos com amplificadores de corrente analógicos. O microcontrolador usado para ajustar as correntes de shimming podem ter exigências de resolução variando de 200-1000 uA e a faixa total pode ser de -200 a 200 mA. Nas modalidades alternativas as correntes de shimming podem ter exigências de resolução entre aproximadamente0-100, 0-200, 0-300, 0-400, 0-500, 0-600, 0-700, 0-800, 0-900 e 0-1000 uA. Nas modalidades a faixa total das correntes de shimming pode ser de aproximadamente -200mA a aproximadamente +200mA e nas modalidades pode estar entre aproximadamente -300 e +300 mA, entre aproximadamente -250mA e +250mA, entre aproximadamente -200mA e aproximadamente +200mA, entre aproximadamente - 150mA e aproximadamente + 150mA, entre aproximadamente -100mA e aproximadamente + 100mA, entre aproximadamente -50mA e aproximadamente +50mA, ou acima de aproximadamente -300, -250, -200, -150, -100, -50, 0, +50, +100, +150, +200, +250, +300 ou mais miliampères.

Nas modalidades, a homogeneidade de campo pode ser monitorada através de análise do formato de sinal de NMR de um composto conhecido, padrão. A homogeneidade de campo também pode ser monitorada através da intensidade do sinal de bloqueio e correntes de controle de shimming podem ser ajustadas através de uma rotina automatizada que sequencialmente varia a corrente nos caminhos individuais e monitora a mudança resultante na intensidade de sinal de bloqueio ou formato de sinal de NMR. Esse procedimento pode ser estendido para ajuste emparelhado e de ordem superior de múltiplos caminhos simultaneamente através de um algoritmo de aprendizagem heurística análogo a um cálculo de média de execução de comprimento variável de um tipo usado em controle de processo de múltiplas entradas.

3. Sonda de Amostra e Volume de Amostra

Uma amostra pode ser mantida por uma sonda e uma amostra e mantida dentro de um tubo de amostra que pode ser inserida em um detector. O volume designado para uma amostra em uma modalidade é um cilindro de 5 mm de diâmetro e aproximadamente 2 mm de comprimento, e o campo magnético desejado pode ser substancialmente perpendicular ao eixo de simetria desse volume cilíndrico. O espaço para inserção da amostra nessa modalidade pode ser um prisma de seção transversal hexagonal de 22 mm plano/plano e de 125 mm de comprimento, com acesso ao dispositivo de correção de campo apenas disponível através das capas de extremidade do prisma.

A sonda pode manter a amostra no centro longitudinalmente alinhado do ímã gerador de campo principal em uma posição tal que a amostra é centrada no eixo longo de uma bobina de transmissão/recepção.

A Figura 2 mostra duas vistas de um prisma hexagonal com um volume designado mostrado internamente. Para facilitar a discussão, um sistema de coordenadas é definido na figura. O eixo do volume de amostra de simetria cilíndrica é ao longo da direção x, e um campo magnético forte, uniforme na direção z é desejado. Uma forma de produzir esse campo é a de montar os ímãs cilíndricos ou ímãs prismáticos com seção transversal hexagonal em um padrão envolvendo o espaço de sonda. Se os ímãs forem magnetizados substancialmente de forma uniforme e de forma "diametral", de modo que cada eixo de magnetização do ímã seja perpendicular ao seu eixo de simetria predominante, então um arranjo adequado de ímã é mostrado na Figura 3. Um arranjo de vetores de magnetização como esse é algumas vezes denominado "arranjo cilíndrico de Halbach", o qual é conhecido como realizando um campo substancialmente homogêneo dentro do arranjo.

Aqueles versados na técnica prontamente entenderão as características necessárias de projeto e parâmetros de material de uma sonda de amostra para uso nas modalidades. Nas modalidades e em aplicações envolvendo próton-NMR, a sonda de amostra, ou partes da mesma, pode ser construída de um material que tem uma baixa concentração de prótons. Nas modalidades alternativas e para aplicações alternativas pode ser desejável ou necessário que a sonda ou parte da mesma tenha uma baixa concentração do carbono relevante, flúor, fósforo e outros nuclídeos magneticamente ressonantes. Nas modalidades a sonda pode ser projetada para acomodar aplicações de fluxo em que a amostra flui para dentro da sonda por intermédio de um tubo e para dentro de uma célula.

Uma sonda de amostra pode conter uma ou mais bobinas reguladas individualmente e separadamente para próton, flúor, carbono, fósforo ou outro nuclídeo ativo de ressonância magnética; ou emparelhados em combinações de dois ou mais dos mesmos. Nas modalidades alternativas específicas pode haver bobinas adicionais e pode haver 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 ou mais bobinas.

Nas modalidades, capacitores de regulagem de sonda, indutores, ou outros elementos reativos podem ser conectados à arquitetura de RF através de conectores SMA ou BNC e podem ser ajustáveis eletronicamente ou manualmente. Um conjunto de sonda pode incluir um sensor de controle de temperatura. Os elementos de sintonia podem ser conectados a um circuito de monitoração e ajuste que, quando combinado com um microprocessador adequado e rotina de otimização, pode possibilitar a sintonia automatizada do circuito.

Em uma modalidade a amostra pode ser confinada em um cilindro de um comprimento e diâmetro especificados. Em outra modalidade, ela pode ser uma amostra plana aderindo a uma superfície de substrato que poderia ser movida para uma região de detecção. Uma faixa de configurações alternativas pode ser possível para aplicações específicas. Em todo caso, se pode calcular ou estimar uma função de ponderação adequada, W(x, y, z), que pode ser usada para estimar a contribuição relativa para um sinal NMR que se deve aos giros em um elemento de volume próximo à posição definida pelas coordenadas x, y, z quando tal sinal é detectado por uma bobina de transmissão/recepção. Essa função pode ser usada para definir um produto escalar adequado para uso na definição das funções de calçamento, ortogonais apropriadas.

4. Bobina de Transmissão e Recepção

Nas modalidades uma bobina ou bobinas para aplicar pulsos de campos magnéticos oscilantes a uma amostra e para monitorar os efeitos magnéticos desses campos magnéticos aplicados sobre a amostra pode ser de qualquer comprimento, diâmetro e outras dimensões desejadas, conforme pode ser desejável para acomodar um determinado tamanho de amostra ou formato. Em modalidades específicas tais bobinas de transmissão/recepção podem ter um comprimento entre 8 e 12 mm, ou podem ser de até, ou menos do que, aproximadamente 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, ou 20 mm, ou até aproximadamente 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 15, 20, 25, 30 ou mais centímetros ou podem estar dentro de uma faixa cujos limites são definidos por qualquer combinação de alguns dos valores precedentes. Nas modalidades específicas selecionadas o diâmetro das bobinas de transmissão/recepção pode estar entre aproximadamente 8 e 9 mm; entre aproximadamente 9 e 10 mm; entre aproximadamente 10 e 11 mm; entre aproximadamente 11 e 12 mm; entre aproximadamente 12 e 13 mm; entre aproximadamente 9 e 11 mm. Nas modalidades as bobinas de transmissão/recepção podem ter um diâmetro de pelo menos aproximadamente 1 mm, 2 mm, 3 mm, 4 mm, 5 mm, 6 mm ou podem ter um diâmetro não superior a aproximadamente 1 mm, 2 mm, 3 mm, 4 mm, 5 mm, 6 mm ou mais e em modalidades alternativas as bobinas de transmissão/recepção podem ter um diâmetro de não mais do que aproximadamente 5,3 mm, ou podem ter um diâmetro superior do que ou inferior a aproximadamente 1mm, 2mm, 3mm, 4mm, 4,1mm, 4,2mm, 4,3mm, 4,4mm, 4,5mm, 4,6mm, 4,7mm, 4,8mm, 4,9mm, 5mm, 5,1mm, 5,2mm, 5,3mm, 5,4mm ou mais. As bobinas de transmissão/recepção podem ser comumente construídas a partir de fio de cobre ou outros condutores adequados suportados por Teflon, poliimida ou cerâmica ou outros materiais adequados.

Embora geometrias selecionadas para as bobinas de transmissão/recepção sejam reveladas, em modalidades alternativas as bobinas podem ser de diâmetros maiores ou menores ou de comprimentos ou formatos para satisfazer às exigências específicas da modalidade e todas as mudanças necessárias em dimensões e configurações serão prontamente feitas e implementadas por aqueles versados na técnica.

5. Ímã de NMR

As Figuras 3, 4 e 5 mostram possíveis arranjos e modelos de ímã de uma modalidade. Painéis de shimming, peças polares e conjunto de sonda de amostra podem ser inseridos em um conjunto de ímã que é responsável pela geração de um campo magnético estático de NMR. Em uma modalidade o modelo de ímã pode ser relacionado aos ímãs de Halbach em que o campo magnético estático é produzido utilizando um arranjo de ímãs permanentes formados a partir de prateleiras empilhadas de ímãs cilíndricos, permanentes cujos eixos cilíndricos são ou podem ser substancialmente paralelos mutuamente, porém cada um de cujos eixos de magnetização são substancialmente perpendiculares à direção comum dos eixos cilíndricos e dos ímãs cilíndricos estão em luvas hexagonais montadas em um arranjo.

Nas modalidades a resistência do campo magnético pode estar entre 1,3 e 1,6 Tesla (frequência de próton de 56 - 68 MHz) , mas aqueles versados na técnica considerarão prontamente que nas modalidades alternativas o campo magnético pode estar entre aproximadamente 0 e 0,5 Tesla, entre aproximadamente 0,5 e 1 Tesla, entre aproximadamente 1 e 1,2 Tesla, entre aproximadamente 1,2 e 1,4 Tesla, entre aproximadamente 1,4 e 1,6 Tesla, entre aproximadamente 1,6 e 1,8 Tesla, entre aproximadamente 1,8 e 2,0 Tesla, entre aproximadamente 2,0 e 2,2 Tesla, entre aproximadamente 2,2 e 2,4 Tesla, entre aproximadamente 2,4 e 2,6 Tesla, entre aproximadamente 2,6 e 2,8 Tesla, entre aproximadamente 2,8 e 3,0 Tesla, ou tão elevado quanto 3T (129MHz) ou superior. Em modalidades alternativas específicas os elementos de ímã podem ser feitos de materiais de neodímio-ferro-boro ou cobalto-samário ou quaisquer outros materiais adequados de ímã e as armações de suporte de conjunto de ímã podem ser usinadas a partir de alumínio, poliimida ou Teflon ou outros materiais.

O conjunto de ímã pode ser blindado contra interferência magnética externa por um encerramento construído de material de elevada permeabilidade e pode ser de temperatura monitorada e controlada através do uso de aquecedores, resfriadores de Peltier e/ou aparelho de controle de realimentação. O ímã pode ser montado em um sistema de supressão de vibração. O campo magnético primário pode ser monitorado e ajustado através do uso de um segundo circuito de espectrômetro que é sintonizado com um segundo isótopo, tal como deutério, diferente do isótopo a ser examinado para propriedades de ressonância magnética. O sistema pode monitorar a frequência da ressonância de deutério e ajustar o circuito de transmissor/receptor ou a temperatura ou uma ou mais correntes nos condutores de produção de campo em qualquer combinação para considerar conformemente as variações em tempo real no campo magnético primário.

B. Geração de Sinal e Controle do Sistema

Modalidades de um aparelho podem compreender uma interface de usuário, aparelho e método para gerar, comutar, transmitir e receber sinais de radiofrequência, controlador de programa de pulsação, aparelho para digitalizar e armazenar os sinais, sistema de dados, gerenciamento de temperatura, monitoração e controle de status de sistema, mostrador de entrada e saída. Nas modalidades o sistema pode exigir 120 volts de energia ou 240 volts de energia e pode ser configurado para ser operável utilizando tomadas domésticas e comerciais comuns e fontes de energia elétrica regulares.

1. Calculando correntes de shimming e controlando as correntes de shimming

Um aspecto das modalidades é um método para calçar um campo magnético ou suprimir as inomogeneidades no campo magnético. Nas modalidades o método e o aparelho utilizando o método podem evitar o uso de traços de shimming s individuais ou bobinas de shimming cada um dos quais corresponde a um componente geométrico individual da inomogeneidade de campo magnético. Uma pluralidade de caminhos de shimming pode ter uma orientação substancialmente comum, mas pode ser operável para suprimir uma pluralidade de componentes geométricos de uma inomogeneidade. Em modalidades específicas os caminhos de shimming podem evitar inversões de direção, podem ser essencialmente lineares, e podem ter uma primeira extremidade que é posicionada próxima a uma primeira extremidade de um painel de shimming e uma segunda extremidade que é posicionada próxima a uma segunda extremidade de um painel de shimming. Nas modalidades os campos de shimming gerados por um ou mais caminhos de shimming, ou gerador coletivamente por todos os caminhos de shimming, pode ser modulados mediante ajuste da magnitude da corrente que flui através do caminho ou caminhos de shimming. Adicionalmente, nas modalidades os métodos e os aparelhos revelados podem ser usados para gerar uma pluralidade de configurações de campo de shimming, capazes de modular uma pluralidade de componentes geométricos do campo magnético primário e quaisquer inomogeneidades nesse lugar, sem a necessidade de modificar a orientação ou formato ou configuração geométrica dos caminhos de shimming.

Em outra modalidade a geometria dos caminhos de shimming não é limitada pela necessidade de prover caminhos de shimming individuais correspondendo a cada um dos componentes geométricos a serem modulados.

De forma ampla, as correntes de shimming a serem aplicadas aos caminhos de shimming individuais para efetivamente suprimir componentes geométricos específicos da inomogeneidade no campo primário são determinadas mediante estimação ou mapeamento dos campos de shimming gerados por correntes unitárias em um dos caminhos de shimming. Os campos resultantes são então apresentados como uma matriz, a qual pode ser uma matriz 25 x 64 (onde 64 caminhos de shimming são providos para modular coletivamente 25 componentes geométricos ou dimensões de shimming espacial) introduzida em uma análise pseudoinversa de Moore-Penrose. A análise pseudoinversa assim calculada então usada para determinar as correntes que devem ser aplicadas aos caminhos de shimming para gerar os componentes geométricos desejados da inomogeneidade, que pode ser adicionalmente usada como correções para o campo magnético para suprimir as inomogeneidades nesse lugar.

Nas modalidades os aparelhos revelados podem gerar correntes de imagem em materiais permeáveis, e os métodos de calcular as correntes de shimming apropriados consequentemente, incorporam uma tolerância para os efeitos de tais correntes de imagem.

Geração de um conjunto de funções de shimming para um conjunto de potenciais caminhos de shimming

Nas modalidades pode ser útil selecionar um conjunto de funções de shimming que são ortogonais com relação a um produto escalar que é adequado para uma faixa desejada de geometrias de amostra. Se as funções de shimming são ortogonais, então em modalidades alternativas isso pode tornar mais fácil ou mais rápida supressão da inomogeneidade total. Essa seção explica a geração de funções de shimming para potenciais caminhos de shimming onde os potenciais caminhos de shimming são c em número, dado um volume de amostra V e uma bobina de detector com campo estimado por corrente unitária B1(x, y, z).

(a) Começar com s funções "básicas" de valor real de coordenadas espaciais, por exemplo, coordenadas Cartesianas x, y, z com z ≤ c. Essas funções pj(x, y, z) devem ser soluções para a equação de Laplace, ∇2ρj = 0 , de modo que elas são adequadas como campos magneto estáticos. Elas devem também incluir como partes dos polinômios de ordem inferior nas coordenadas, por exemplo, 1, x, y, z, x2, xy, etc. de modo que elas são adequadas como termos em uma expansão matemática de uma função de campo. Com amostras cilíndricas, um conjunto conveniente de funções básicas são as combinações lineares de valor real ou funções de harmônico esférico Yl.m até a 2 ordem 1 = n, com n2 ≤ c.
(b) Definir uma função de ponderação, W(x, y, z) definida dentro do volume de amostra e um produto escalar associado para funções f e g, por exemplo ˂f|g˃ =∫ W(x, y, z) f(x, y, z) g(x, y, z) dV A função de ponderação deve ser grande nas regiões onde giros na amostra são esperados para contribuir grandemente com um sinal medido a partir da bobina de detector; e pequenos onde a contribuição será pequena. Uma classe de funções adequada para uma bobina de detector aproximadamente cilíndrica é W(x,y,z) = aB1(x, y, z)sinbB1(x, y, z), onde a e b são constantes que podem ser usadas para otimizar o sinal total e para normalizar a função de ponderação.
(c) Usar um procedimento de ortogonalização de Gram-Schmidt para gerar s funções fj(x, y, z) , as quais são combinações lineares das funções básicas s, que são orto normais com relação ao produto escalar definido na etapa 2. Essas são chamadas de funções de shimming.

Gerando Perfis de shimming

Nas modalidades pode ser útil gerar um conjunto de perfis de shimming, os quais são listas de coeficientes, cada lista tendo c números reais, para um determinado conjunto de caminhos de shimming, também c em número. Um determinado perfil de shimming corresponde a uma função de shimming desejada, determinada. Para produzir uma função de campo que aproxima uma função de shimming desejada, correntes são aplicadas ao conjunto de caminhos de shimming, cujas correntes são proporcionais a um número correspondente no perfil de shimming para aquela função de shimming. Essa seção explica como gerar um conjunto de perfis de shimming para um conjunto de funções de shimming, correspondentes, s em número, que são compatíveis com um conjunto de caminhos de shimming, c em número, de acordo com o método da invenção.
1. Para cada caminho de corrente j, estimar o campo magnético Fj(x, y, z) produzido em um conjunto de pontos dentro do volume de amostra que se deve a uma corrente unitária (1 miliampere, por exemplo) aplicada ao caminho. O conjunto de pontos deve ser suficientemente grande para facilitar a computação das integrais numéricas do tipo definido na etapa 2, e deve ser ao menos c em número. Isso pode ser feito de diversas formas:

(a) Mediante integração de forma exata ou numérica da lei de Biot-Savart através do caminho de corrente.
(b) Mediante uso da lei de Biot-Savart como em (a) , mas também incluindo correntes de imagem estimadas produzidas em quaisquer materiais de elevada permeabilidade dispostos próximos ao caminho de corrente.
(c) Mediante simulação magnetoestática mais cuidadosa utilizando métodos de simulação de elemento finito ou outros métodos de simulação eletromagnética.
(d) Mediante aplicação efetiva da corrente e então medindo o campo com uma sonda de magnetômetro.

2. Construir uma matriz Mi,j cujas entradas são os produtos escalares (fi|Fj). As faixas para os índices i e j são 1 ≤ i ≤ s e 1 ≤ j ≤ c. Cada coluna dessa matriz é uma representação do campo magnético Fj projetado nas funções de shimming.
3. Construir o pseudoinverso de Moore-Penrose, M+j,i, de Mi,j. Há muitos pacotes computacionais padrão, incluindo Mathematics™, por Wolfram Research™, que farão isso. Aqueles versados na técnica identificarão prontamente e utilizarão pacotes e métodos adequados.
4. As colunas da matriz pseudoinversa resultante então conterão listas de números, c em comprimento, que são fatores de escalada que devem ser usados ao se aplicar correntes aos caminhos de shimming para produzir campos magnéticos combinando mais estreitamente com as funções de shimming desejadas (em um sentido de análise de mínimos quadrados). Modalidades Alternativas

Em uma primeira modalidade é revelado um aparelho para obter homogeneidade de campo magnético elevado nos sistemas de ímã. Em uma modalidade o aparelho combina peças polares ferromagnéticos moldadas com caminhos de corrente eletricamente condutivos. Os caminhos podem ser impressos em placas adequadamente dimensionadas para formar placas de shimming, ou podem ser suportados diretamente nos ímãs primários ou peças polares ou podem ser suportados em relação ao campo magnético primário de outras formas.

Em uma modalidade as peças polares podem ser moldadas para ajuste apertado dentro da câmara central hexagonal de um conjunto de ímã com faces paralelas entre si e perpendiculares ao campo estático. A modelagem das faces opostas das peças polares pode aumentar a homogeneidade e a resistência do campo magnético. Cristas nas peças polares opostas podem ser elevadas paralelas ao campo estático e se estender paralelas ao eixo longo do ímã.

Em uma modalidade as peças polares podem ser paralelas entre si e perpendiculares ao campo magnético estático. As faces opostas das peças polares podem ser elevadas paralelas à direção do campo estático ao longo do eixo longo das peças polares em uma posição ótima calculada que cria um canal amplo, estreito para dentro do qual um painel de shimming de homogeneização pode se encaixar paralelo às peças polares e assentado adjacente às mesmas. Em uma modalidade tal canal ou canais combinados podem ter dimensões de aproximadamente 1x 18 x 150 mm e as placas de shimming podem ser dimensionadas para caber dentro de tais canais e podem elas próprias ter dimensões de aproximadamente 1x 18 x 150 mm. Nas modalidades as placas podem ter uma faixa de diferentes dimensões e podem ser de uma espessura de modo que a superfície exposta da placa é substancialmente nivelada com a superfície da peça polar adjacente ao canal.

São revelados aparelho e métodos para suprimir a inomogeneidade em um campo magnético. Esse pode ser um campo em um dispositivo de ressonância magnética, e pode estar em uma máquina de NMR, a qual pode ser uma máquina de NMR compacta. Nas modalidades, os painéis de shimming ou caminhos de shimming podem permitir que elementos de calçamento do aparelho sejam reduzidos em tamanho ou arranjados em configurações desejáveis. Nas modalidades os elementos de calçamento podem compreender caminhos de corrente, condutivos que podem ser aplicados a uma placa de calçamento ou a uma superfície de polo e podem compreender apenas uma ou duas camadas.

Em uma modalidade é revelado aparelho para calçar um primeiro campo magnético, o sistema compreendendo: duas peças polares magnéticas mutuamente opostas em lados opostos de um volume, e um caminho de corrente eletricamente condutivo disposto em relação ao volume de modo a modulação do fluxo de corrente no caminho de corrente é utilizável para calçar e forma controlável o campo magnético. Em modalidades alternativas o aparelho pesa menos do que aproximadamente 21 kg.

Em modalidades alternativas o aparelho é uma máquina de NMR pesando menos do que aproximadamente 15 libras e com uma resolução espectral melhor do que aproximadamente 0,1 ppm.

Em uma modalidade é revelado um conjunto de ressonância magnética compreendendo uma pluralidade de prismas alongados compreendendo individualmente um ímã com um eixo magnético definido em relação ao prisma, a pluralidade de ímãs determinando coletivamente um campo magnético substancialmente homogêneo.

C. Exemplo

A descrição seguinte é de um exemplo de uma modalidade e é apenas ilustrativa.

A Figura 13 mostra um diagrama de blocos de um exemplo de uma modalidade, um dispositivo para medição de NMR de uma amostra de líquido colocada no tubo de amostra 600. A Figura 12 mostra uma vista superior da estrutura de ímã principal 610 na Figura 13, junto com outras estruturas colocadas dentro da estrutura de ímã principal. Essa estrutura de ímã principal é feita de três prateleiras, cada uma contendo 18 ímãs, e cada ímã é um cilindro ou prisma hexagonal de um material magnético "duro", altamente magnetizado, um material adequado sendo neodímio-ferro-boro com uma magnetização de aproximadamente 1.3 Τ/μ0. A própria estrutura de prateleira pode ser feita de um material substancialmente não magnético tal como alumínio. Cada ímã é magnetizado quase que uniformemente e "diametralmente", significando que seu vetor de magnetização é perpendicular ao seu eixo de simetria predominante. Os vetores de magnetização de cada ímã são arranjados em um arranjo do tipo "cilindro de Halbach" que é mostrado na Figura 3. As prateleiras são empilhadas umas em cima das outras como mostrado na Figura 13, com os vetores de magnetização de cada ímã alinhados na mesma direção que aquele acima ou abaixo do mesmo. Esse arranjo provê uma cavidade (50 na Figura 3) de seção transversal hexagonal, com um campo magnético da ordem de 1,2 T dentro da cavidade. Em uma modalidade preferida, a cavidade hexagonal e os ímãs têm aproximadamente 22 mm de lado a lado através do hexágono, os próprios ímãs têm aproximadamente 38 mm de altura, e a estrutura de ímã principal tem aproximadamente 130 mm de altura. Espaçadores não magnéticos 620, de aproximadamente 3 mm de espessura, podem ser colocados entre as prateleiras de ímã.

Peças polares 630 podem ser inseridas na cavidade da estrutura de eletroímã principal conforme mostrado esquematicamente na Figura 13 e na Figura 12. Essas peças polares (mostradas esquematicamente nas Figuras 12 e 13) preferivelmente não são tão longas quanto à própria estrutura de eletroímã principal e podem ser de aproximadamente 76 mm de comprimento. Um formato de seção transversal preferida 80 para peça de polo é mostrado na Figura 4, e seu alinhamento com a cavidade da estrutura de eletroímã principal é mostrada na Figura 5. As peças polares podem ser feitas de uma liga macia, de alta permeabilidade, tal como permalloy ou liga "49" de alta permeabilidade Carpenter™. As peças polares podem ter uma crista que se estende pelo comprimento da peça, podem ser de seção transversal substancialmente trapezoidal, e podem ter um comprimento variável de material removido da superfície posterior (a superfície mais distante a partir do tubo de amostra 600) . Se tal material for removido da parte posterior de uma peça de polo, outras peças de material magnético podem ser inseridas ou movidas dentro do espaço resultante de modo a mudar o formato efetivo da peça de polo. A presença dessas peças polares, junto com essas modificações de formato pode tornar o campo dentro do restante da cavidade mais alto do que na ausência das peças polares (aproximadamente 1,4 T) e mais uniforme.

Os painéis de shimming principais 640 são colocados nas superfícies interiores das peças polares 630. Esses painéis podem ser placas de circuitos impressos de 2, 3- ou 4-camadas de aproximadamente 18 mm transversalmente, de aproximadamente 160 mm de comprimento, e de aproximadamente 0,6 mm de espessura. Os painéis podem ser montados com conectores em uma ou em ambas as extremidades, e as extremidades podem se estender fora da estrutura de eletroímã principal. As Figuras 6, 7, 11 e 13 mostram modelos adequados para os condutores impressos nas camadas dos painéis de shimming. Um conjunto de painéis de shimming auxiliares 642 pode ser inserido na cavidade do eletroímã, conforme mostrado esquematicamente na Figura 12, e esses painéis podem ser de aproximadamente 8 mm transversalmente, de aproximadamente 160 mm de comprimento, e de aproximadamente 0,6 mm de espessura. Esses painéis também podem ter padrões de condutores retos (caminhos de shimming) ou condutores no formato de ziguezague dos tipos mostrados nas Figuras 6, 7, 11 e 13 com o mesmo, menor, ou maior número que o número nos painéis de shimming principais 640. Em um modelo, há 8 condutores em cada um dos painéis de shimming auxiliares 642 e 24 condutores em cada um dos painéis de shimming principais 640.

Os condutores nos painéis de shimming são conectados a um conjunto de separadores de corrente 650 os quais são conectados a um controlador de corrente de shimming 652, que é controlado durante operação do dispositivo por intermédio de um microcontrolador 660 utilizando informação a partir de um gerador de perfil de shimming 654. Esses controladores e separadores podem ser implementados em uma combinação adequada de software de computador e meios eletrônicos digitais e analógicos. Em uma modalidade específica do exemplo, o conjunto de circuitos de separador de corrente 650 pode entregar correntes bipolares na faixa de 0-600 mA ou mais aos condutores nos painéis de shimming.

Pode ser desejável monitorar e estabilizar a temperatura do conjunto de eletroímã principal com um regulador térmico 665, e assim esse regulador pode ser provido em a, e pode ser controlado pelo conjunto de circuitos de microcontrolador 660. O microcontrolador também pode ter interface estabelecida com o conjunto de circuitos de transmissão/recepção de radiofrequência 670, o qual proporciona pulsos de radiofrequência para a transmissão para um enrolamento de amostra 676 através do conjunto de circuitos de amplificador 674, e o qual recebe sinais de resposta a partir da amostra através do conjunto de circuitos de amplificador 672.

O conjunto de circuitos de microcontrolador, e outras partes do dispositivo, podem ter interface estabelecida com um computador digital 680, o qual pode ele próprio ter interface estabelecida com um número de periféricos, tal como uma unidade de exibição 685 ou outros, tal como uma impressora, sistema de armazenamento de arquivo, meio de controle remoto, ou semelhante, através de cabos ou wi-fi ou outros meios de interface. Uma unidade de fornecimento de energia 690 é provida para fornecer energia elétrica, e em uma modalidade preferida esse fornecimento de energia pode prover aproximadamente 70 W para a operação da unidade inteira, mas isso pode ser mais ou menos do que 70 W nas aplicações.

As modalidades e exemplos aqui apresentados são ilustrativos da natureza geral da matéria em estudo reivindicada e não são limitadoras. Será entendido por aqueles versados na técnica como essas modalidades podem ser facilmente modificadas e/ou adaptadas para várias aplicações e de várias formas sem se afastar da essência e escopo da matéria em estudo revelada. As reivindicações da mesma devem ser entendidas como incluindo sem limitação todas as modalidades alternativas e equivalentes da presente matéria em estudo. Frases, palavras e termos empregados aqui são ilustrativos e não limitadores. Onde permissível por lei; todas as referências aqui citadas são incorporadas integralmente mediante referência. Será considerado que quaisquer aspectos das diferentes modalidades aqui reveladas podem ser combinados em uma gama de possíveis modalidades alternativas, e combinações alternativas de características, todas as quais combinações variadas de características devem ser entendidas como formando uma parte da presente matéria em estudo.

Claims

Método para homogeneizar um campo magnético no qual há uma inomogeneidade possuindo mais do que um componente funcional, o campo magnético sendo produzido por um conjunto de ímãs (610) possuindo dois conjuntos de extremidades opostas e mutuamente distanciadas e um conjunto de eixo, o método caracterizado pelo fato de que compreende:
fornecimento de uma pluralidade de caminhos de homogeneização orientados de forma comum (101), os ditos caminhos de homogeneização dispostos em uma superfície comum (100) possuindo duas extremidades opostas e mutuamente distanciadas (110, 120), cada uma da dita extremidade de superfície (110, 120) possuindo pelo menos um conector elétrico associado (103, 104);
aplicação de uma pluralidade de correntes de homogeneização eletrônica individuais moduladas de forma coordenada ao longo de caminhos correspondentes da pluralidade de caminhos de homogeneização (101), cada uma das ditas correntes de homogeneização eletrônica fazendo o dito conector elétrico (103) entrar em uma dita extremidade de superfície (110), fluxo a partir do conector elétrico (103) em uma dita extremidade de superfície (110) para o dito conector elétrico (104) na outra dita extremidade de superfície (120); e saída do conector elétrico associado (104) na outra dita extremidade de superfície (120); e
supressão de mais do que um componente funcional da inomogeneidade no campo magnético utilizando a pluralidade de correntes de homogeneização,
em que cada uma da dita extremidade de superfície (110, 120) é próxima a uma extremidade correspondente do dito conjunto de extremidades de modo que pelo menos uma porção das ditas correntes de homogeneização flui a partir de um dito conjunto de extremidades em direção a outro dito conjunto de extremidades.
Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a amostra (600) é inserida no campo magnético ao longo do dito conjunto de eixo.
Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que cada corrente individual da pluralidade de correntes de homogeneização flui em uma respectiva pluralidade de caminhos de homogeneização (101), e em que as correntes individuais das correntes são determinadas por:
estimar um campo magnético produzido pela aplicação de uma corrente conhecida a cada um da pluralidade de caminhos de homogeneização (101);
computar um produto escalar de funções representativas dos componentes funcionais do campo magnético estimado para obter valores de componentes funcionais;
arranjar os valores de componentes funcionais em uma matriz;
determinar um pseudoinverso da matriz para obter valores de matriz pseudoinversa; e
escolher as correntes individuais dentre as correntes conforme os valores da matriz pseudoinversa.
Método, de acordo com a reivindicações 1 ou 3, caracterizado pelo fato de que a aplicação compreende ajustar de forma coordenada as magnitudes das ditas correntes de homogeneização.
Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a pluralidade dos ditos caminhos de homogeneização (101) são mutuamente conectados a uma das ditas extremidades de superfície (110, 120) e os ditos caminhos de extremidade conectados mutuamente são mantidos a um potencial elétrico de aterramento controlado por meio eletrônico externo.
Painel para homogeneizar um campo magnético (100) caracterizado pelo fato de possuir primeira e segunda extremidades de painel (110, 120) substancialmente distanciadas e mutuamente opostas e uma porção substancialmente plana compreendendo uma pluralidade de caminhos de homogeneização (101) conduzindo corrente elétrica se estendendo entre e terminando nas ditas extremidades dos painéis (110, 120), em que correntes individuais das correntes de homogeneização possuem uma orientação substancialmente comum,
em que a dita corrente elétrica faz cada dito caminho de homogeneização (101) entrar na dita extremidade de painel (110) e ser conduzida ao longo de cada dito caminho de homogeneização (101) e sair de cada do dito caminho de homogeneização (101) na outra dita extremidade de painel (120).
Painel para homogeneizar um campo magnético, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que o painel (100) é adaptado de modo que o dito painel (100) pode ser posicionado em um canal (50) dentro de um arranjo magnético (600) cooperando de modo que o dito caminho de homogeneização (101) carregue a corrente elétrica que se estende através do canal (50).
Painel para homogeneizar um campo magnético, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que cada dita extremidade de painel (110, 120) compreenda conectores elétricos (103, 104) acessíveis a partir da correspondente extremidade do canal (50).
Painel para homogeneizar um campo magnético, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que o dito painel de homogeneização compreende uma placa de circuito impresso.
Detector para detectar a ressonância magnética em uma amostra exposta a um campo magnético principal, o detector caracterizado por compreender um painel de homogeneização como definido na reivindicação 6.
Detector, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que compreende ainda um espaço longitudinal (50) possuindo um eixo, o espaço longitudinal (50) para inserção de uma sonda de amostra (600) contendo a amostra ao longo do eixo e em que a orientação é substancialmente paralela ao eixo.
Detector, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que compreende ainda pelo menos dois ditos painéis de homogeneização planos (100), cada um montado em peças separadas de duas peças polares (630), as ditas peças polares (630) se estendendo dentro do espaço longitudinal (50).
Detector, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que pelo menos um subconjunto da pluralidade de caminhos de homogeneização (101) são dispostos em superfícies substancialmente paralelas do painel de homogeneização (100).
Detector, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que compreende ainda uma placa de circuito impresso na qual está compreendido o painel de homogeneização plano (100).
Detector, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que o dito campo magnético é pelo menos parcialmente produzido por um conjunto de ímãs (600) possuindo duas extremidades opostas e mutuamente distanciadas e um conjunto de eixo, e em que cada uma das duas extremidades do painel (110, 120) está próxima de uma das extremidades.
Detector, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que o dito conjunto de ímãs (600) é adaptado para receber uma amostra inserida no dito campo magnético ao longo do dito conjunto de eixo, e em que o dito eixo de painel coincide com ou é substancialmente paralelo ao dito conjunto de eixo.