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Die
Erfindung betrifft einen Shimkasten, ein Gradientenspulensystem
und ein Magnetresonanzgerät
zum Aufnehmen des Shimkastens.
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Die
Magnetresonanztechnik ist eine bekannte Technik, unter anderem zum
Gewinnen von Bildern eines Körperinneren
eines Untersuchungsobjekts. Dabei werden in einem Magnetresonanzgerät einem
statischen Grundmagnetfeld, das von einem Grundfeldmagneten erzeugt
wird, schnell geschaltete Gradientenfelder überlagert, die von einem Gradientenspulensystem
erzeugt werden. Ferner umfasst das Magnetresonanzgerät ein Hochfrequenzsystem, das
zum Auslösen
von Magnetresonanzsignalen Hochfrequenzsignale in das Untersuchungsobjekt einstrahlt
und die ausgelösten
Magnetresonanzsignale aufnimmt, auf deren Basis Magnetresonanzbilder
erstellt werden.
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Dabei
ist eine hohe Homogenität
des Grundmagnetfeldes ein entscheidender Faktor für die Qualität der Magnetresonanzbilder.
Inhomogenitäten
des Grundmagnetfeldes innerhalb eines Homogenitätsvolumens des Magnetresonanzgeräts verursachen geometrische
Verzerrungen des Magnetresonanzbildes, die den Inhomogenitäten proportional
sind. Wichtig ist in diesem Zusammenhang auch die Fett-Wasser-Trennung.
Dabei wird ein HF-Puls ohne Gradientenaktivität auf der Frequenz des Wasserstoffs
im Fett ausgestrahlt. Die so angeregten Protonen klappen nur langsam
in die Feldrichtung zurück und
können
daher für
eine gewisse Zeit nicht erneut angeregt werden. Während dieser
Zeit aufgenommene Bilder zeigen also kein Fett, sondern nur Wasser. Dazu
muss die Homogenität
im Bildgebungsvolumen aber besser als 1 ppm peak-peak sein, da der
Abstand der Fett- zur Wasserlinie etwa 3 ppm beträgt. Zum
Verbessern der Grundmagnetfeldhomogenität innerhalb des Homogenitätsvolumens
werden sogenannte Shimsysteme eingesetzt. Dabei unterscheidet man
passive und aktive Shimsysteme. Bei einem passiven Shimsystem wird
eine Anzahl von Plättchen aus
einem magnetischen Material, insbesondere einer ferromagnetischen
Eisenlegierung, im Untersuchungsraum des Magnetresonanzgeräts in einer
geeigneten Anordnung angebracht. Dazu wird das Grundmagnetfeld innerhalb
des Homogenitätsvolumens
vor dem Anbringen der Plättchen
vermessen. Aus den gemessenen Werten ermittelt ein Rechenprogramm
die geeignete Anzahl und Anordnung der Plättchen.
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Beispielsweise
aus der
US 5,635,839 ist
ein hohlzylinderförmiges
Gradientenspulensystem eines Magnetresonanzgeräts bekannt, das in axialer
Richtung durchlaufende Shimkastenaufnahmen mit kreisringsegmentförmigem Querschnitt
aufweist. Dabei sind in die Shimkastenaufnahmen entsprechende Shimkästen einschiebbar,
deren Länge
gleich einer Länge
des Gradientenspulensystems ist und die zur Aufnahme von ferromagnetischen
Plättchen
in entsprechende Shimtaschen untergliedert sind.
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In
der
DE 35 40 080 A1 ist
ein Magnetresonanzgerät
beschrieben, bei dem im Bereich eines magnetischen Grundfelds Stäbe angeordnet
sind, die wenigstens teilweise aus ferromagnetischem Material bestehen.
Durch die Wahl einer geeigneten Form, Größe, Anordnung, Anzahl und Länge der
Stäbe kann
das magnetische Grundfeld weitgehend homogenisiert werden.
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In
der
US 5,349,297 ist
ein Magnetresonanzgerät
mit einem im Wesentlichen zylinderförmigen Patientenaufnahmeraum
beschrieben, bei dem ein Shimkasten in eine Shimkastenaufnahme einschiebbar
ist, wobei eine longitudinale Ausdehnung des Shimkastens im Wesentlichen
einer Länge
des zylinderförmigen
Patientenaufnahmeraums entspricht und der Shimkasten in Richtung
des Einschiebens eine Vielzahl von Shimtaschen aufweist.
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Des
Weiteren ist beispielsweise aus der
US 5,786,695 bekannt,
dass ein Ein- und Ausbringen von mit Shimplättchen gefüllten Shimkästen in bzw. aus Shimkastenaufnahmen
vorschriftsgemäß bei ausgeschaltetem
Grundmagnetfeld zu erfolgen hat. Sollte versehentlich das Ein- und
Ausbringen bei eingeschaltetem Grundmagnetfeld durchgeführt werden,
so ist der in der
US 5,786,695 beschriebene Shimkasten
derart gestaltet, dass ein Deckel des Shimkastens gegen die auf
die Shimplättchen
wirkenden Kräfte
am übrigen
Shimkasten gesichert ist.
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Insbesondere
bei Magnetresonanzgeräten mit
einem tunnelförmigen
Untersuchungsraum ist in der Regel durch eine erste Öffnung des
Untersuchungsraums hindurch eine Lagerungsvorrichtung in den Untersuchungsraum
ein- und ausfahrbar. Dabei ist für
einen Aufstellungsraum des Magnetresonanzgeräts an die erste Öffnung angrenzend
ausreichend Platz vorzusehen, damit ein vollständiges Ausfahren der Lagerungsvorrichtung
aus dem Untersuchungsraum problemlos durchführbar ist. Dahingegen kann das
Magnetresonanzgerät
mit einer zweiten, der ersten gegenüberliegenden Öffnung des
Untersuchungsraums mit einem vergleichsweise kleinen Abstand zu
einer Begrenzungsfläche
des Aufstellungsraums aufgestellt werden. Dies verhindert in vielen Fällen ein
Einbringen von Shimkästen,
die entsprechend einer Länge
des Gradientenspulensystems eine Länge von einem Meter und mehr
aufweisen, von einer Seite der zweiten Öffnung her. Damit die Shimkästen unabhängig von
der jeweiligen Aufstellungsgegebenheit eingebracht werden können, ist das
Magnetresonanzgerät
samt der verfahrbaren Lagerungsvorrichtung in der Regel derart gestaltet, dass
ein Einbringen von der Seite der ersten Öffnung her möglich ist.
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Eine
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Shimkasten, ein Gradientenspulensystem
und ein Magnetresonanzgerät
zum Aufnehmen des Shimkastens so zu schaffen, dass unter anderem
ein einfaches Handhaben des Shimkastens erzielt wird.
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Die
Aufgabe wird durch die Gegenstände
der Ansprüche
1, 9 und 11 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
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Gemäß Anspruch
1 ist ein Shimkasten zum Einschieben in eine Shimkastenaufnahme
in einer Richtung des Einschiebens in wenigstens zwei voneinander
lösbare
Teilkästen
unterteilt.
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Dabei
ist wenigstens einer der Teilkästen derart
gestaltet ist, dass bei maximaler Befüllung des Teilkastens mit Shimplättchen der
Teilkasten bei eingeschaltetem, zu shimmenden Grundmagnetfeld ein- und
ausbringbar und/oder in einem vorgebbaren Randbereich des Grundmagnetfeldes
sicher transportierbar ist.
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Dadurch
ist ein Ein- und Ausbringen der mit Shimplättchen befüllten Teilkästen in bzw. aus der Shimkastenaufnahme
bei eingeschaltetem, zu shimmenden Grundmagnetfeld als normales
Vorgehen durchführbar.
Ursächlich
dafür ist,
dass gegenüber einem
vergleichbaren ungeteilten Shimkasten die auf die Teilkästen wirkenden
magnetischen Kräfte
nur einen Bruchteil betragen. Mit Vorteil ist somit ein vorschriftsgemäßes Ausschalten
des Grundmagnetfeldes für
das Ein- und Ausbringen der Teilkästen nicht erforderlich. Dabei
ist das Ein- und Ausbringen der Teilkästen mit einem vergleichsweise
geringen Kraftaufwand durchführbar
und kann durch eine entsprechend konstruierte Vorrichtung unterstützt werden. Des
Weiteren können
die mit Shimplättchen
gefüllten Teilkästen auch
bei eingeschaltetem Grundmagnetfeld im Einflussbereich des Grundmagnetfeldes,
beispielsweise in einem Abstand von ca. 50 cm, an einem das Grundmagnetfeld
erzeugenden Grundfeldmagneten vorbei getragen bzw. transportiert
werden. Dadurch ist auch eine allgemeine Gefahr von Unfällen verringert.
Ferner ist gegenüber
einem vergleichbaren ungeteilten Shimkasten der für das Ein-
und Ausbringen der Teilkästen
benötigte
Platz, beispielsweise ein Abstand zwischen einer Öffnung der
Shimkastenaufnahme und einer Wand einer Abschirmkabine, mit Vorteil
deutlich reduziert. Des Weiteren fallen aufgrund der Kürze der
Teilkästen
geringere Werkzeugkosten bei der Herstellung an und die Teilkästen können mit
einer höheren
Präzision
gefertigt werden.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung beinhaltet der Shimkasten folgende
Merkmale:
- – Der
Shimkasten ist zum Einschieben in eine Shimkastenaufnahme mit einem
Querschnitt entsprechend einem Kreisringsegment ausgebildet,
- – zum
Aufnehmen von Shimplättchen
weist der Shimkasten wenigstens eine Shimtasche mit einem Querschnitt
entsprechend einem Rechteck auf und
- – der
Shimkasten ist derart ausgebildet, dass bei einem maximalen Flächeninhalt
des Rechtecks das Rechteck innerhalb des Kreisringsegments so angeordnet
ist, dass eine Umfangslinie des Rechtecks eine Umfangslinie des
Kreisringsegments genau in drei Punkten berührt.
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Dadurch
ist gegenüber
Shimkastenaufnahmen und Shimkästen
gemäß dem Stand
der Technik entweder bei einem gleichen zur Verfügung stehenden Platz für Shimkastenaufnahmen
eine größere maximale
Shimwirkung erzielbar oder bei einer gleichbleibenden maximalen
Shimwirkung kann der für
Shimkastenaufnahmen benötigte
Platz verkleinert werden.
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Weitere
Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus
den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen anhand der Figuren.
Dabei zeigen:
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1 ausschnittsweise
einen Querschnitt durch ein hohlzylinderförmiges Gradientenspulensystem
mit einer Shimkastenaufnahme kreisringsegmentförmigen Querschnitts,
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2 den
Ausschnitt der 1 mit in die Shimkastenaufnahme
eingeschobenem Shimkasten,
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3 in
einer perspektivischen Ansicht eine Kastengrundeinheit des Shimkastens
der 2,
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4 ausschnittsweise
einen Querschnitt durch ein hohlzylinderförmiges Gradientenspulensystem
mit einer Shimkastenaufnahme rechteckigen Querschnitts gemäß dem Stand
der Technik,
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5 den
Ausschnitt der 4 mit in die Shimkastenaufnahme
eingeschobenem Shimkasten gemäß dem Stand
der Technik,
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6 in
einer perspektivischen Ansicht eine Kastengrundeinheit des Shimkastens
der 5 gemäß dem Stand
der Technik,
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7 einen
Längsschnitt
durch ein Magnetresonanzgerät
mit einem aus drei Teilkästen
bestehenden Shimkasten und
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8 eine
perspektivische Ansicht von Teilkästen, die aufgrund ihrer Formgebung
miteinander verbindbar sind.
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Die 1 zeigt
als ein Ausführungsbeispiel der
Erfindung ausschnittsweise einen Querschnitt durch ein hohlzylinderförmiges Gradientenspulensystem 10 mit
einer Shimkastenaufnahme 12, die in axialer Richtung durchlaufend
einen gleichbleibenden Querschnitt entsprechend einem Kreisringsegment 17 auf weist.
Dabei ist das Gradientenspulensystem durch einen Innenradius 21 von
etwa 700 mm und einem Außenradius 25 von
etwa 900 mm gekennzeichnet. Ein mit gestrichelten Linien angedeuteter
hohlzylinderförmiger
Bereich 11 innerhalb des Gradientenspulensystems 10 mit
einem Innenradius 22 von etwa 800 mm und einer Dicke 29 von
etwa 22 mm ist dabei zum Ausbilden von Shimkastenaufnahmen, wie
der dargestellten Shimkastenaufnahme 12, vorgesehen. Dabei
ist der hohlzylinderförmige
Bereich 11 zwischen den Gradientenspulen auf der einen
Seite und den weiter außen
angeordneten Abschirmspulen auf der anderen Seite angeordnet. Des Weiteren
umfasst das gießharzvergossene
Gradientenspulensystem 10 noch Teile einer Kühleinrichtung sowie
Teile eines aktiven Shimsystems.
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Die 2 zeigt
als ein Ausführungsbeispiel der
Erfindung den Ausschnitt der 1 mit einem
in die Shimkastenaufnahme 12 eingeschobenen Shimkasten 13,
der eine Kastengrundeinheit 14 umfasst, die mit einem Deckel 15 verschließbar ist.
Dabei weist der Shimkasten 13 Shimtaschen 16 auf,
wobei jede der Shimtaschen 16 einen Querschnitt entsprechend
einem Rechteck 18 aufweist. Jede der Shimtaschen 16 ist
dabei maximal bis zu einer Höhe 19 mit
Shimplättchen
befüllbar.
Der Shimkasten 13 ist dabei derart ausgebildet, dass bei
einem maximalen Flächeninhalt
des Rechtecks 18 das Rechteck 18 so innerhalb
des Kreisringsegments 17 angeordnet ist, dass eine Umfangslinie
des Rechtecks 18 eine Umfangslinie des Kreisringsegments 17 genau
in drei Punkten berührt.
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Die 3 zeigt
schließlich
ausschnittsweise die Kastengrundeinheit 14 der 2 ohne
den Deckel 15 in einer perspektivischen Ansicht. Dabei
ist die Kastengrundeinheit 14 in axialer Richtung in die Shimtaschen 16 unterteilt,
die entsprechend den zu korrigierenden Inhomogenitäten des
Grundmagnetfeldes mit Shimplättchen
aus magnetischem Material befüllt
werden können.
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Die 4 zeigt
zu Vergleichszwecken ausschnittsweise einen Querschnitt durch ein
hohlzylinderförmiges
Gradientenspulensystem 30 mit einer Shimkastenaufnahme 32 gemäß dem Stand
der Technik. Dabei weist die Shimkastenaufnahme 32 in axialer
Richtung durchlaufend einen gleichbleibenden Querschnitt entsprechend
einem Rechteck 38 auf. Für die Radien des Gradientenspulensystems 30 sowie
eines, mit gestrichelten Linien angedeuteten, hohlzylinderförmigen Bereichs 31 für Shimkastenaufnahmen
gilt das bei der 1 Beschriebene entsprechend.
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Die 5 zeigt
zu Vergleichszwecken den Ausschnitt der 4 mit einem
in die Shimkastenaufnahme 32 eingeschobenen Shimkasten 33 gemäß dem Stand
der Technik. Dabei weist der Shimkasten 33, wie die Shimkastenaufnahme 32,
einen Querschnitt entsprechend einem Rechteck 38 auf. Der Shimkasten 33 umfasst
eine Kastengrundeinheit 34, die mit einem Deckel 35 verschließbar ist.
Eine Länge
des Shimkastens 33 entspricht dabei in etwa einer Länge des
Gradientenspulensystems 30. Ein Befüllen des Shimkastens 33 mit
Shimplättchen
aus magnetischem Material ist dabei maximal bis zu einer Höhe 39 möglich.
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Die 6 zeigt
wiederum zu Vergleichszwecken ausschnittsweise die Kastengrundeinheit 34 der 5 ohne
den Deckel 35 in einer perspektivischen Ansicht. Dabei
ist die Kastengrundeinheit 34 in axialer Richtung in Shimtaschen 36 unterteilt,
die mit einer Anzahl von Shimplättchen
aus magnetischem Material entsprechend den zu korrigierenden Inhomogenitäten eines
Grundmagnetfeldes maximal bis zum Erreichen der Höhe 39 befüllt werden
können.
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Bei
gleicher Dicke 29 der hohlzylinderförmigen Bereiche 11 und 31 ist
durch die Ausbildung des Shimkastens 13 und der Shimkastenaufnahme 12 gegenüber dem
Shimkasten 33 und der Shimkastenaufnahme 32 gemäß dem Stand
der Technik erreicht, dass ein für
Shimplättchen
zur Verfügung
stehendes Volumen, insbesondere eine zur Verfügung stehende Höhe 19 gegenüber der
beim Stand der Technik zur Verfügung
stehenden Höhe 39 vergrößert ist
und somit in einem weiteren Umfang Inhomogenitäten des Grundmagnetfeldes korrigiert
werden können.
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In
einer anderen Ausführung
ist zum Erzielen einer gleichen maximalen Shimwirkung der hohlzylinderförmige Bereich 11 gegenüber dem
Bereich 31 mit einer geringeren Dicke 29 ausführbar, so
dass bei einem Magnetresonanzgerät
beispielsweise ein Untersuchungsraum größeren Durchmessers erzielt
werden kann oder bei gleichbleibenden Durchmesser des Untersuchungsraums
ein Innendurchmesser eines hohlzylinderförmigen Grundfeldmagneten verkleinert
werden kann, was insbesondere bei einem supraleitenden Grundfeldmagneten
mit erheblichen Kostenvorteilen verbunden ist.
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Die 7 zeigt
als ein Ausführungsbeispiel der
Erfindung einen Längsschnitt
durch ein Magnetresonanzgerät
mit einem aus drei Teilkästen 74, 75 und 76 bestehenden
Shimkasten 73. Dabei umfasst das Magnetresonanzgerät zum Erzeugen
eines innerhalb eines kugelförmigen
Homogenitätsvolumens 83 des
Magnetresonanzgeräts
möglichst
homogenen statischen Grundmagnetfeldes einen supraleitenden, im
Wesentlichen hohlzylinderförmigen Grundfeldmagneten 81.
Zum Erzeugen von Gradientenfeldern umfasst das Magnetresonanzgerät ein ebenfalls
im Wesentlichen hohlzylinderförmiges
Gradientenspulensystem 70, das in einer Höhlung des Grundfeldmagneten 81 angeordnet
ist. Dabei bildet eine Höhlung
des Gradientenspulensystems 70 im Wesentlichen eine Begrenzung
eines tunnelförmigen Untersuchungsraums 87.
Zum Einbringen eines Untersuchungsobjektes, beispielsweise eines
Patienten 80, in den Untersuchungsraum 87 umfasst
das Magnetresonanzgerät
eine verfahrbare, am Grundfeldmagneten 81 befestigte Lagerungsvorrichtung 82.
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Vorausgehend
beschriebene Komponenten 70, 81 und 82 des
Magnetresonanzgeräts
sind dabei in einer Abschirmkabine 84 angeordnet. Dabei
weist eine erste Öffnung 88 des
tunnelförmigen Untersuchungsraums 87,
durch die die Lagerungsvorrichtung 82 ein- und ausfahrbar
ist, einen derartigen Abstand zu einer linken Wand 85 der
Abschirmkabine 84 auf, dass die Lagerungsvorrichtung 82 komplett aus
dem Untersuchungsraum 87 ausfahrbar ist, so dass sich der
Patient 80 bequem auf die Lagerungsvorrichtung 82 legen
kann bzw. gelegt werden kann. Dahingegen ist eine zweite, der ersten
gegenüberliegende Öffnung 89 des
tunnelförmigen
Untersuchungsraums 87 lediglich so weit von einer rechten Wand 86 der
Abschirmkabine 84 entfernt angeordnet, dass durch die zweite Öffnung 89 hindurch
die Lagerungsvorrichtung 82 so weit ausfahrbar ist, dass beispielsweise
Ganzkörperabbildungen
und/oder Angiographien peripherer Gefäße des Patienten 80 noch
durchführbar
sind.
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Weitere
Komponenten des Magnetresonanzgeräts, beispielsweise eine in
der Höhlung
des Gradientenspulensystems 70 angeordnete Hochfrequenzantenne
sind aus Gründen
der Übersichtlichkeit
nicht dargestellt.
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Das
Gradientenspulensystem 70 weist wenigstens eine Shimkastenaufnahme 72 auf,
in die von der Seite der zweiten Öffnung 89 her der
aus den drei voneinander lösbaren
Teilkästen 74, 75 und 76 bestehende
Shimkasten 73 einbringbar ist. Jeder der Teilkästen 74, 75 und 76 und
das Gradientenspulensystem 70 sind dabei entsprechend dem
in den 1 bis 3 dargestellten Shimkasten 13 und Gradientenspulensystem 10 oder
entsprechend den in den 4 bis 6 dargestellten
Shimkasten 33 und Gradientenspulensystem 30 ausgebildet.
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Die
Dreiteilung des Shimkastens 73 ist derart gestaltet, dass
einerseits der mittlerer Teilkasten 75, der im Bereich
des Homogenitätsvolumens 83 angeordnet
ist, für
ein gutes Ausgleichen von Inhomogenitäten innerhalb des Homogenitätsvolumens 83 möglichst
lang ist, und andererseits alle Teilkästen 74, 75 und 76 derart
gestaltet sind, dass sie von der Seite der zweiten Öffnung 89 her
einbringbar sind, dass sie in einem mit Shimplättchen gefüllten Zustand bei eingeschaltetem Grundmagnetfeld
in die Shimkastenaufnahme 72 ein- und ausgebracht werden
können und
innerhalb der Abschirmkabine 84 bei eingeschaltetem Grundmagnetfeld
am Grundfeldmagneten 81 vorbei getragen werden können.
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Durch
die Dreiteilung des Shimkastens 73 ist aufgrund des geringen
Abstands zwischen der zweiten Öffnung 89 des
Untersuchungsraums 87 und der rechten Wand 86 der
Abschirmkabine 84 ein Einbringen überhaupt erst ermöglicht.
Da eine Einbringungsmöglichkeit
von Shimkästen
von der Seite der ersten Öffnung 88 her
bei einer Konstruktion der Lagerungsvorrichtung 82 nicht
berücksichtigt
werden braucht, entstehen unter anderem für die am Grundfeldmagneten 81 befestigte
Lagerungsvorrichtung 82 mit Vorteil neue konstruktive Freiheitsgrade.
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Die 8 zeigt
eine perspektivische Ansicht von Teilkästen 77, 78 und 79,
die aufgrund ihrer Formgebung miteinander verbindbar sind, so dass beispielsweise
bei einem Einbringen in eine Shimkastenaufnahme die Teilkästen 77, 78 und 79 ineinander
eingreifend zusammensetzbar sind. Dabei ist an den longitudinalen
Enden der Teilkästen 77, 78 und 79 die
Formgebung derart gestaltet, dass mit einem Ziehen beispielsweise
des Teilkastens 77 nach links in longitudinaler Richtung
aus der Shimkastenaufnahme heraus auch die Teilkästen 78 und 79 mitgezogen
werden.