DE19702567A1

DE19702567A1 - Gerät mit einem Permanentmagnet

Info

Publication number: DE19702567A1
Application number: DE1997102567
Authority: DE
Inventors: Volker Dr Weisenberger; Guenter Dr Schnur
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1997-01-24
Filing date: 1997-01-24
Publication date: 1998-03-12

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abgleich eines von einer Magnetanordnung mit zumindest einem Permanentmagneten ausgehenden statischen Magnetfeldes eines Gerätes.

Als Magnetresonanzgeräte ausgeführte Geräte werden in der Re gel in einem engen Frequenzbereich mit einer Nominalfrequenz von z. B. 8 MHz ± 10 kHz betrieben. Dies hat den Vorteil, daß die Hochfrequenzkomponenten z. B. die Empfangsspulen, schmal bandig ausgelegt werden können. Die Nominalfrequenz ist hier bei direkt abhängig von der Stärke des statischen Magnetfel des und ergibt sich aus:

ω = γ _* B,

wobei:
ω = Nominalfrequenz,
γ = Konstante,
B = statisches Magnetfeld.

Bei Magnetresonanzgeräten, die einen supraleitenden Magnet oder einen Elektromagnet zum Erzeugen eines statischen Mag netfeldes aufweisen, stellt dieser Betrieb kein Problem dar, da hierbei der Strom in den Spulen so eingestellt wird, daß das statische Magnetfeld und damit die Nominalfrequenz den gewünschten Wert hat.

Werden Permanentmagnete zur Erzeugung des statischen Magnet feldes eingesetzt, so ist die magnetische Feldstärke durch die Magnetisierung des Magnetmaterials festgelegt und läßt sich nicht mehr ohne weiteres ändern. Da die Magnetisierung von Permanentmagneten herstellungsbedingt um einige Prozent schwanken kann, läßt sich die geforderte Genauigkeit des sta tischen Magnetfeldes von 0,1% nicht ohne Feinabgleich errei chen.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, durch das bzw. bei der das von einem Permanentmagnet ausgehende statische Magnetfeld auf einen vorgegebenen Wert eingestellt werden kann.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren nach dem Patentanspruch 1 und eine entsprechende Vorrichtung gelöst.

Vorteil der Erfindung ist, daß insbesondere durch das Einwir ken auf die Magnetanordnung hinsichtlich der Veränderung des magnetischen Flusses, das statische Magnetfeld derart ver ändert wird, daß es zumindest in einem Bereich zwischen den Schenkeln der Magnetanordnung auf einen vorgegebenen Wert einstellbar ist.

Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn an der Magnetan ordnung zumindest ein Körper aus magnetisierbaren Material angeordnet wird und wenn durch dessen Größe und/oder dessen Anzahl und/oder dessen Anordnung auf den magnetischen Fluß eingewirkt wird.

Wird in der Magnetanordnung vorteilhaft zumindest eine Aus nehmung vorgesehen, so wird durch die Querschnittsänderung der magnetische Fluß behindert und damit die Feldstärke redu ziert. Solche Ausnehmungen lassen sich auf einfache Weise in die Magnetanordnung einbringen, zudem kann durch deren An zahl, Größe und/oder Anordnung das statische Magnetfeld be sonders genau eingestellt werden.

Zur Feinjustage kann zumindest ein Körper aus magnetisierba ren Material in die Ausnehmung bzw. die Ausnehmungen in der Magnetanordnung eingebracht werden, so daß vorteilhaft eine Feinjustage möglich ist.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist zumindest ein drehbar gelagerter Permanentmagnet an der Magnetanordnung angeordnet, wobei durch das Verdrehen des Permanentmagneten und damit durch das parallele oder anti parallele oder eine Zwischeneinstellung einnehmende Ausrich ten des Magnetfeldes des drehbar gelagerten Permanentmagneten zur Richtung des statischen Magnetfeldes eine Einwirkung auf den magnetischen Fluß hinsichtlich der Feinjustage erfolgt.

Wird an den Schenkeln und/oder an dem Steg der Magnetanord nung zumindest eine elektromagnetische Spule vorgesehen, so kann durch den der Spule zugeführten Strom der magnetische Fluß in gewünschter Weise eingestellt werden. Die Einstellung des Stromes ist mit geringem Aufwand genau möglich.

Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann die Mag netanordnung einen Luftspalt aufweisen, der ggf. variabel ausgestaltet, das statische Magnetfeld beeinflußt. Bei einer Variante dieser Ausgestaltung kann der Luftspalt zwischen den offenen Enden der Magnetanordnung variiert werden. Bei einer anderen Variante können an den Schenkeln oder dem Steg zu sätzlich variable Luftspalte vorgesehen werden. Der jeweilige Luftspalt muß hierbei nicht unbedingt geometrisch variabel sein, sondern er kann durch die Konstruktion vorgegeben wer den. Durch eine Kombination von magnetischem und unmagneti schem Material, daß in diesem Spalt eingebracht wird, kann somit das Magnetfeld eingestellt werden. Durch das Verhältnis und die Anordnung von magnetischem und unmagnetischem Mate rial im Luftspalt wird der effektiv wirksame magnetische Luftspalt vorgegeben.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispie les anhand der Zeichnung in Verbindung mit den Unteransprü chen.

In den Fig. 1 bis 12 sind jeweils Ausführungsbeispiele der Er findung dargestellt.

In den Figuren ist eine Magnetanordnung mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichnet. Diese Magnetanordnung 1 weist zumindest ei nen Permanentmagneten 2 auf, von dem ein statisches Magnet feld 3 erzeugt wird. Das statische Magnetfeld 3 ist hierbei von einem ersten zu einem zweiten Schenkel 4, 5 der Magnetan ordnung 1 gerichtet, wobei die Schenkel 4, 5 vorzugsweise über einen Steg 6 miteinander verbunden sind. Im Ausführungsbei spiel ist gezeigt, daß an den einander zugewandten Seiten der Schenkel 4, 5 jeweils ein Permanentmagnet 2 angeordnet ist. Zwischen den Schenkeln 4, 5 kann ein Untersuchungsobjekt, z. B. für eine Magnetresonanzuntersuchung, angeordnet werden.

Beim Ausführungsbeispiel der Erfindung gemäß der Fig. 1 ist zumindest ein aus magnetisierbaren Material bestehender Kör per 7 an einer C-förmig ausgebildeten Magnetanordnung 1 ange ordnet. Es ist selbstverständlich, daß auch mehrere Körper 7 vorgesehen sein können, die an den Schenkeln 4, 5 und/oder dem Steg 6 angeordnet sind. Vorzugsweise ist der Körper 7 an der Außenseite 8 des Steges 6 angeordnet, weil hierdurch der Kör per 7 nicht in störender Weise auf das statische Magnetfeld 3 einwirkt. Durch den Körper 7 wird der Querschnitt des Steges 6 und damit des Eisenjoches erhöht, wodurch auch die Magnet feldstärke zwischen den Schenkeln 4, 5 erhöht wird. Besonders vorteilhaft ist der Körper 7 plattenförmig ausgebildet, da er sich somit besonders einfach montieren läßt. Durch die plat tenförmigen Körper 7 mit verschiedener Größe und/oder Dicke lassen sich leicht größere Magnetfeldänderungen bewirken.

Beim Ausführungsbeispiel der Erfindung nach der Fig. 2 wird durch zumindest eine Ausnehmung 9 in der Magnetanordnung 1 auf den magnetischen Fluß eingewirkt. Durch die durch die Ausnehmung 9 erzeugte Querschnittsreduzierung wird der magne tische Fluß behindert und damit die Magnetfeldstärke redu ziert. Im Ausführungsbeispiel ist gezeigt, daß die Ausnehmung 9 bzw. die Ausnehmungen 9 im Steg 6 angeordnet sind. Solche Ausnehmungen 9 können auch in den Schenkeln 4, 5 und/oder im Permanentmagnet 2 vorgesehen werden, um somit das Magnetfeld hinsichtlich dessen Homogenität und/oder dessen Stärke einzu stellen. Durch die Größe und/oder die Anzahl und/oder die Anordnung der Ausnehmung 9 bzw. der Ausnehmungen 9 kann die Wirkung auf den magnetischen Fluß variiert werden. Eine Fein justage des statischen Magnetfeldes 3 kann besonders einfach dann erfolgen, wenn in die Ausnehmung 9 bzw. die Ausnehmungen 9 ein Körper aus magnetisierbaren Material 10 eingebracht wird. Durch das mehr oder weniger weite Eingreifen des Kör pers aus magnetisierbaren Material 10 in die Ausnehmung 9 wird auf den magnetischen Fluß eingewirkt.

Der Körper aus magnetisierbaren Material 10 kann als zylin drisch ausgebildeter Permanentmagnet ausgebildet sein, der senkrecht zu seiner Längsachse magnetisiert und in der Aus nehmung 9 drehbar gelagert ist. Durch Verdrehen dieses Perma nentmagneten kann in Abhängigkeit von der Ausrichtung dessen Magnetfeldes in Bezug zum statischen Magnetfeld 3 auf den magnetischen Fluß eingewirkt werden.

Zur Veränderung des magnetischen Flusses ist gemäß dem Aus führungsbeispiel nach der Fig. 4 vorgesehen, daß an der Mag netanordnung 1 zumindest ein drehbar gelagerter Permanent magnet 11 vorgesehen ist. Durch Verdrehen des drehbar ge lagerten Permanentmagneten 11 hinsichtlich der Ausrichtung seines Magnetfeldes zum statischen Magnetfeld 3 kann in ju stierender Weise auf den magnetischen Fluß eingewirkt werden. Im Ausführungsbeispiel ist gezeigt, daß der drehbar gelagerte Permanentmagnet 11 an der Außenseite 8 des Steges 6 vorgesehen ist. Im Rahmen der Erfindung können aber auch drehbar gelagerte Permanentmagnete 11 an einem Schenkel 4, 5 und/oder an den Schenkeln 4, 5 und dem Steg 6 angeordnet sein.

Beim Ausführungsbeispiel der Erfindung nach der Fig. 5 sind an den einander zugewandten Seiten der Schenkel 4, 5 Schenkelkör per 12 vorgesehen, die aus magnetischen Material ausgeführt, den magnetischen Fluß erhöhen und als aus unmagnetischen Ma terial ausgeführt, den magnetischen Fluß abschwächen. Diese Schenkelkörper 12 können als Platten oder Ringe besonders vorteilhaft ausgestaltet sein und wirken vorzugsweise auf den Luftspalt zwischen den Schenkeln 4, 5. Die Wirkung ist erheb lich, da das statische Magnetfeld 3 stark vom Luftspalt ab hängt. Da der geometrische Luftspalt zwischen den Schenkeln 4, 5 aus konstruktiven Gründen konstant bleiben sollte, können die Platten oder Ringe vorzugsweise direkt auf den Schenkeln 4, 5 oder im Bereich des Steges 6 angeordnet werden. Durch die Kombination von magnetischen und nichtmagnetischen Schenkel körpern 12 und deren Dicke hinsichtlich der Reduzierung des Luftspaltes kann das statische Magnetfeld 3 in gewünschter Weise eingestellt werden. Bei einer Variante des Ausführungs beispieles nach der Fig. 5 wird das statische Magnetfeld 3 da durch beeinflußt, daß zwischen den Schenkeln 4, 5 und den/dem Permanentmagneten/Permanentmagnet 2 ein Spalt 17 als Luft spalt vorgesehen wird, in den magnetisches Material 12 ein bringbar ist. Durch das Verhältnis von verbleibendem Luft spalt zum mit magnetischen Material ausgefüllten Luftspalt kann das statische Magnetfeld 3 in gewünschter Weise einge stellt werden. Der verbleibende Luftspalt kann natürlich aus konstruktiven Gründen auch mit unmagnetischem Material ausge füllt werden, um so eine mechanisch stabile Einheit zu erhal ten. Ferner ist es möglich, den Luftspalt zwischen den Schen keln 4, 5 dadurch zu variieren, daß zusätzliches magnetisches Material, beispielsweise als Platten oder Ringe ausgeführt, auf den zumindest einen Permanentmagneten 2 aufgebracht wird. Da der geometrische Luftspalt aus konstruktiven Gründen meist konstant gehalten werden soll, kann man auch hier magneti sches mit unmagnetischem Material in einem Verhältnis kombi nieren, so daß das statische Magnetfeld 3 in gewünschter Weise eingestellt werden kann. Im Rahmen der Erfindung können solche Luftspalte auch an einer oder mehreren Stellen, z. B. zwischen den Schenkeln 4, 5 und dem Steg 6, vorgesehen werden.

Aus den Fig. 5 bis 7 ergibt sich auch noch eine Variante der Erfindung, bei der die Schenkel 4, 5 über zumindest einen wei teren Steg 13 miteinander verbunden sind. Diese Anordnung hat eine Erhöhung des statischen Magnetfeldes 3 zur Folge, sie schränkt aber, je nach Ausbildung und Anordnung des weiteren Steges 13 in Bezug zu den Schenkeln 4, 5 den Zugang zum stati schen Magnetfeld 3 ein.

Gemäß einer weiteren in der Fig. 8 dargestellten Variante der Erfindung ist zumindest eine elektromagnetische Spule 14 im Bereich der Magnetanordnung 1 angeordnet. Durch Beaufschlagen der elektromagnetischen Spule 14 mit Strom geht hiervon ein Magnetfeld aus, das auf den magnetischen Fluß wirkt. In Ab hängigkeit von dem Strom kann somit auf einfache Weise auf den magnetischen Fluß in der Magnetanordnung 1 eingewirkt werden. Die elektromagnetische Spule 14 kann hierbei am Steg 6 und/oder zumindest an einem Schenkel 4, 5 vorgesehen sein. Da eine solche elektromagnetische Spule 14 nur einen geringen Beitrag zum statischen Magnetfeld 3 der C-förmigen Magnetan ordnung 1 beiträgt, sind die Anforderungen an die Stromstär ke, Stromstabilität und Kühlung wesentlich geringer als bei rein mit Elektromagneten betriebenen Magnetresonanzgeräten. Aus der in der Fig. 8 dargestellten Variante der Erfindung geht auch noch hervor, daß die Schenkel 4, 5 über einen weite ren Steg 15 zur Erhöhung des Magnetfeldes miteinander verbun den werden können.

Aus der Fig. 9 ergibt sich eine besondere Anordnung einer Variante der Erfindung, bei der die Schenkel 4, 5 einen Winkel zueinander einnehmen. Durch diese Ausgestaltung ergibt sich eine besondere große Öffnung für den Zugang zum Untersu chungsbereich.

Durch Shimm-Mittel, beispielsweise durch das Vorsehen kleiner Permanentmagnete 16 (Fig. 9 und 10), die parallel oder anti parallel zum statischen Magnetfeld 3 ausgerichtet werden und in Abhängigkeit von deren Anordnung an den Permanentmagneten 2 und/oder den Schenkeln 4, 5, kann das statische Magnetfeld 3 in gewünschter Weise eingestellt werden. Das statische Mag netfeld 3 kann beispielsweise hinsichtlich der Stärke des Magnetfeldes 3 und/oder hinsichtlich der Homogenität oder hinsichtlich eines Feldgradienten eingestellt werden. Die Shimmung kann durch folgende Verfahrensschritte ausgeführt werden:

- Messen des statischen Magnetfeldes im Untersuchungsbereich,
- Berechnen der zur Shimmung erforderlichen Mittel,
- Berechnen des Ortes, an dem diese Mittel vorzusehen sind und
- Anordnen der Shimm-Mittel am berechneten Ort.

Üblicherweise wird bei der Optimierung des statischen Magnet feldes 3 nur auf ein Verbessern der Homogenität des stati schen Magnetfeldes 3 geachtet. Es ist aber möglich, durch entsprechende Änderung, beispielsweise des hierzu herangezo genen Optimierungsprogrammes als Nebenbedingung das Erreichen einer gewünschten Magnetfeldstärke vorzugeben. Somit kann ohne zusätzlichen Aufwand das statische Magnetfeld 3 sehr präzise fein abgeglichen werden.

In den Fig. 11 und 12 sind weitere Varianten der Erfindung dargestellt.

Das statische Magnetfeld 3 kann hierbei einen Gradienten auf weisen oder durch eine entsprechende Magnetisierung der Per manentmagnete 2 im Untersuchungsbereich konstant sein.

Im weiteren Rahmen der Erfindung sind die Ausführungsbeispie le nach den Fig. 1 bis 12 nicht als für sich isoliert zu be trachten. Der Gegenstand der Erfindung umfaßt auch die Kombi nation dieser Ausführungsbeispiele und naheliegende Abwand lungen. Ferner soll darauf hingewiesen werden, daß der Gegen stand der vorliegenden Erfindung nicht nur auf die Anwendung bei einem Magnetresonanzgerät, sondern beispielsweise auch auf Anwendungen erweitert ist, bei denen statische Magnetfel der zur Anwendung kommen. Als Beispiel hierfür sollen Be schleunigeranlagen genannt werden.

Claims

1. Verfahren zum Abgleich eines von einer Magnetanordnung (1) mit zumindest einem Permanentmagneten (2) ausgehenden statischen Magnetfeldes (3) eines Gerätes,
wobei die Magnetanordnung (1) zwei Schenkel (4, 5) aufweist, die durch zumindest einen Steg (6) miteinander verbunden sind und
wobei durch das Einwirken auf die Magnetanordnung (1) hin sichtlich der Veränderung des magnetischen Flusses, das stati sche Magnetfeld (3) derart verändert wird, daß es zumindest in einem Bereich zwischen den Schenkeln (4, 5) annähernd homogen ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei an den einander zugewandten Seiten der Schenkel (4, 5) jeweils zumindest ein Permanentmagnet (2) derart angeordnet ist, daß deren Magnetfelder in gleicher Richtung wirken.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei durch zumindest einen an der Magnetanordnung (1) angeordneten und aus magnetisierbaren Material bestehenden Körper (7), durch dessen Größe und/oder dessen Anzahl und/oder dessen Anordnung auf den magnetischen Fluß eingewirkt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei der zumindest eine Körper (7) plattenförmig ausgebildet und an zumindest einem Schenkel (4, 5) angeordnet ist.

5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei der zumindest eine Körper (1) plattenförmig ausgebildet und an der Außenseite (8) des Steges (6) angeordnet ist.

6. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei durch zumindest eine Ausnehmung (9) in der Magnet anordnung (1) auf den magnetischen Fluß eingewirkt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei durch die Größe und/oder die Anzahl und/oder die Anordnung der Ausnehmung (9) bzw. der Ausnehmungen (9) auf den magnetischen Fluß eingewirkt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, wobei durch zumindest einen in der/den Ausnehmung/Ausnehmun gen (9) vorgesehenen Körper (10) aus magnetisierbaren Material auf den magnetischen Fluß eingewirkt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei der Körper (10) als magnetische Eisenschraube ausgebil det ist, der zum Einwirken auf den magnetischen Fluß mehr oder weniger weit in die Ausnehmung geschraubt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei an der Magnetanordnung (1) zumindest ein drehbar gelagerter Permanentmagnet (11) vorgesehen ist und wobei durch das Verdrehen des Permanentmagneten (11) auf den magnetischen Fluß eingewirkt wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei der Permanentmagnet (11) zylindrisch ausgebildet, senkrecht zu seiner Längsachse magnetisiert und in einer Ausnehmung in der Magnetanordnung (1) drehbar gelagert ist.

12. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
wobei an den einander zugewandten Seiten der Schenkel (4, 5) Schenkelkörper (12) vorgesehen werden und
wobei durch Schenkelkörper (12) aus magnetischem Material der magnetische Fluß erhöht und durch Schenkelkörper (12) aus unmagnetischem Material der magnetische Fluß abgeschwächt wird.

13. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei durch den, einer im Bereich der Magnetanordnung (1) angeordneten elektromagnetischen Spule (13) zugeführten Strom der magnetische Fluß in gewünschter Weise eingestellt wird.

14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei die zumindest eine elektromagnetische Spule (13) im Bereich des Steges (6) und/oder der Schenkel (4, 5) vorgesehen ist.

15. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei durch Shimm-Mittel (15) auf den magnetischen Fluß eingewirkt wird.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei die Magnetanordnung (1) C-förmig ausgebildet ist.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, wobei die Magnetanordnung (1) Teil eines Magnetresonanz gerätes ist.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, wobei die Magnetanordnung (1) Teil einer Beschleunigerein richtung ist.

19. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18, wobei die Schenkel (4, 5) zumindest annähernd parallel zueinander ausgerichtet sind.

20. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18, wobei die Schenkel (4, 5) einen Winkel zueinander einnehmen.

21. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 20, wobei die Schenkel (4, 5) zumindest über einen weiteren Steg (13) miteinander verbunden sind.

22. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 21,
wobei die Magnetanordnung (1) zumindest einen Luftspalt auf weist und
wobei durch das Einbringen von magnetischem Material in diesen Luftspalt auf das statische Magnetfeld (3) eingewirkt wird.

23. Verfahren nach Anspruch 22, wobei durch das Einbringen von magnetischem und unmagneti schem Material in den Luftspalt auf das statische Magnetfeld (3) eingewirkt wird.

24. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 23.