DE19901332C1 - Verfahren zum Homogenisieren von Magnetfeldern - Google Patents

Abstract

Ein iteratives Verfahren zur Homogenisierung des Magnetfelds im Arbeitsvolumen (8) des Hauptfeldmagneten (1) einer Magnetresonanz-Apparatur mit Hilfe von ferromagnetischen Homogenisierungselementen (6), die an vorbestimmten Positionen (9) auf einem oder mehreren Tragekörpern (5) befestigt werden, wobei in einem ersten Meßschritt der Verlauf des Magnetfelds durch Messungen bestimmt wird und in einem ersten Rechenschritt eine Belegung mit Homogenisierungselementen (6) auf den vorbestimmten Positionen (9; 29) so berechnet wird, daß das errechnete Gesamtfeld als Überlagerung des Magnetfelds des Hauptfeldmagneten und sämtlicher Homogenisierungselemente näherungsweise homogen ist, wobei in einem ersten Kompensationsschritt die Homogenisierungselemente in den errechneten Mengen an den vorbestimmten Positionen plaziert werden und anschließend in Iterationen jeweils der Magnetfeldverlauf im Arbeitsvolumen in einem weiteren Meßschritt bestimmt wird, wonach zur weiteren Verbesserung der Homogenität in einem weiteren Rechenschritt eine Veränderung der Belegung der Positionen mit Homogenisierungselementen berechnet und diese in einem weiteren Kompensationsschritt durchgeführt wird, ist dadurch gekennzeichnet, daß die vorbestimmten Positionen der Homogenisierungselemente in Gruppen mit unterscheidlichen Entfernungen vom geometrischen Zentrum des Arbeitsvolumens eingeteilt werden, und daß ab dem zweiten Rechenschritt und dem zweiten Kompensationsschritt die Belegung der Positionen der ...

Description

Die Erfindung betrifft ein iteratives Verfahren zur Homogenisierung des Magnetfelds im Arbeitsvolumen des Hauptfeldmagneten einer Magnetresonanz-Apparatur mit Hilfe von ferromagnetischen Homogenisierungselementen, die an vorbestimmten Positionen auf einem oder mehreren Tragekörpern befestigt werden, wobei in einem ersten Meßschritt der Verlauf des Magnetfelds des Hauptfeldmagneten in seinem Arbeitsvolumen durch Messungen bestimmt wird und die Meßwerte als Eingangsdatensatz in einem numerischen Rechenprogramm verwendet werden, das es gestattet, in einem ersten Rechenschritt mit Hilfe dieses Eingangsdatensatzes eine Belegung mit Homogenisierungselementen auf den vorbestimmten Positionen so zu berechnen, daß das errechnete Gesamtfeld als Überlagerung des Magnetfeldes des Hauptfeldmagneten und sämtlicher Homogenisierungselemente theoretisch näherungsweise homogen ist, wobei in einem ersten Kompensationsschritt die Homogenisierungselemente in den im ersten Rechenschritt errechneten Mengen an den vorbestimmten Positionen plaziert werden und wobei anschließend in einer oder mehreren Iterationen jeweils der Magnetfeldverlauf im Arbeitsvolumen in einem weiteren Meßschritt bestimmt wird, wonach zur weiteren Verbesserung der Homogenität in einem weiteren Rechenschritt eine Veränderung der Belegung der Positionen mit Homogenisierungselementen berechnet und diese in einem weiteren Kompensationsschritt durchgeführt wird.

Ein solches Verfahren ist beispielsweise bekannt aus der DE 196 20 926 A1.

Entsprechende Einrichtungen zum Homogenisieren mit Homogenisierungselementen aus ferromagnetischem Material sind beispielsweise aus der US 5,045,794 oder der DE 44 16 907 C1 oder der DE 196 20 926 A1 bekannt. Beispielsweise aus der US 3,622,869 bekannt sind alternative Verfahren zur Homogenisierung mit Hilfe von Korrekturspulen, die von einstellbaren elektrischen Strömen durchflossen werden.

Die US 5,045,794 beschreibt eine Einrichtung und ein Verfahren zum Homogenisieren des Magnetfeldes des Hauptfeldmagneten eines typischen Magnetresonanztomographen für medizinische Diagnostik mit einer rohrförmigen zylindrischen Bohrung zur Aufnahme eines Patienten und einem näherungsweise kugelförmigen Arbeitsvolumen im Bereich des geometrischen Zentrums der Bohrung mit ferromagnetischen Homogenisierungselementen. An der Oberfläche der rohrförmigen Bohrung sind in Längsrichtung Führungsschienen befestigt, in welche z. B. bandförmige mechanische Tragekörper eingeführt werden, auf denen kleine Homogenisierungselemente aus Eisen beispielsweise in Form von Scheiben befestigt werden können. Die mechanischen Tragekörper in ihren Führungsschienen geben damit eine Vielzahl vorbestimmter Plätze oder Positionen zum Befestigen der Homogenisierungselemente vor. Im Magnetfeld des Hauptfeldmagneten werden die Homogenisierungselemente aus Eisen näherungsweise auf ihre Sättigungsmagnetisierung in Richtung parallel zur Achse der Bohrung aufmagnetisiert. Das relativ schwache zusätzliche Magnetfeld der aufmagnetisierten Homogenisierungselemente überlagert sich dem relativ starken Magnetfeld des Hauptfeldmagneten. Das Magnetfeld im Arbeitsvolumen des Hauptfeldmagneten ist in der Regel wegen mechanischer Toleranzen der Bauteile der Magnetspule des Hauptfeldmagneten für die Anwendung in der Magnetresonanz-Apparatur nicht homogen genug. Durch die Wahl der geometrischen Anordnung und der Menge der Homogenisierungselemente in der Umgebung des Arbeitsvolumens kann der räumliche Verlauf des von den Homogenisierungselementen erzeugten zusätzlichen Magnetfeldes so gestaltet werden, daß die ursprüngliche Inhomogenität des Magnetfelds des Hauptfeldmagneten weitestgehend kompensiert wird. Typische Werte für die verbleibenden Feldstörungen sind beispielsweise bei Hauptfeldmagneten mit einem Bohrungsdurchmesser von 90 cm von der Größenordnung weniger ppm in einem kugelförmigen Arbeitsvolumen mit einem Durchmesser von etwa 50 cm. Bei der Verwendung von weichmagnetischen Homogenisierungselementen beispielsweise aus Eisen stellt sich die Magnetisierung nur in Richtung des Hauptfeldes im Zentrum der Magnetbohrung ein, nicht jedoch in Gegenrichtung. Bei der Verwendung von scheibenförmigen Homogenisierungselementen, deren Normalenrichtung senkrecht zur Achse der Magnetbohrung liegt, stellt sich jedoch bereits bei relativ kleinen Magnetfeldstärken des Hauptfeldes entsprechend magnetischen Induktionen oberhalb von 0,4 Tesla wegen der Formanisotropie der Homogenisierungselemente ein näherungsweise fester Wert für die Magnetisierung ein, nämlich die Sättigungsmagnetisierung. Der von einem kleinen Homogenisierungselement mit Abmessungen von beispielsweise 40 × 40 × 0,3 mm³ erzeugte Magnetfeldverlauf im Bereich des Arbeitsvolumens eines Hauptfeldmagneten mit einem Bohrungsdurchmesser von etwa 90 cm ist in guter Näherung der Magnetfeldverlauf eines magnetischen Dipols mit bekanntem Dipolmoment und ist damit gut kalkulierbar. Die Homogenisierung des Magnetfeldes im Arbeitsvolumen des Hauptfeldmagneten mit Hilfe von ferromagnetischen Homogenisierungselementen erfolgt grundsätzlich so, daß zunächst der in der Regel noch inhomogene Magnetfeldverlauf im Arbeitsvolumen in einem ersten Meßschritt beispielsweise durch Messung an einer Vielzahl von Stellen gemessen wird. Anschließend werden die Meßwerte als Eingangsdatensatz für ein numerisches Rechenprogramm benutzt, welches es gestattet, eine geometrische Anordnung der ferromagnetischen Homogenisierungselemente auf den vorbestimmten Plätzen in einem ersten Rechenschritt zu berechnen, deren zusätzlicher Magnetfeldverlauf im Arbeitsvolumen des Hauptfeldmagneten die ursprünglich vorhandenen Inhomogenitäten im Magnetfeld des Hauptfeldmagneten weitgehend kompensiert. Dabei können im Fall von scheibenförmigen Homogenisierungselementen an mehreren der vorbestimmten Plätze mehrere Homogenisierungselemente übereinandergestapelt sein. Anschließend werden die Homogenisierungselemente entsprechend der mit dem numerischen Rechenprogramm ermittelten geometrischen Anordnung auf den mechanischen Tragekörpern an den vorbestimmten Positionen in einem ersten Belegungsschritt in der Bohrung des Hauptfeldmagneten befestigt. Anschließend wird der in der Regel homogenere Magnetfeldverlauf im Arbeitsvolumen des Hauptfeldmagneten in einem zweiten Meßschritt erneut gemessen. Die Meßwerte können nun erneut als Eingangsdatensatz zur Berechnung von Veränderungen in der geometrischen Anordnung der Homogenisierungselemente in dem numerischen Rechenprogramm benutzt werden und die veränderte geometrische Anordnung der Homogenisierungselemente realisiert werden. Auf diese Weise ist eine iterative Verbesserung der geometrischen Anordnung der Homogenisierungselemente zur Erzielung eines homogenen Magnetfelds im Arbeitsvolumen des Hauptfeldmagneten der Magnetresonanz-Apparatur möglich.

Beispielsweise in der DE 44 16 907 C1 und der DE 196 20 926 A1 ist die Verwendung von Dauermagnetmaterial als Werkstoff für die ferromagnetischen Homogenisierungselemente erwähnt. Homogenisierungselemente aus Dauermagnetmaterial müssen vor ihrer tatsächlichen Verwendung im Hauptfeldmagneten in einer Magnetresonanz-Apparatur in einem starken Magnetfeld aufmagnetisiert werden, das stärker als die Koerzitivfeldstärke des Materials ist. Sie können dann prinzipiell mit beliebiger Richtung der Magnetisierung relativ zur Richtung des Magnetfelds des Hauptfeldmagneten verwendet werden und sogar mit entgegengesetzter Richtung. Ferner ist es möglich, bei scheibenförmigen Homogenisierungselementen eine Magnetisierungsrichtung parallel zur Normalenrichtung der Scheibe zu erzeugen. Dies ist beispielsweise bei Hauptfeldmagneten mit der in der DE 196 20 926 A1 beschriebenen Geometrie erforderlich. Damit der von Homogenisierungselementen aus Dauermagnetmaterial erzeugte Verlauf der Magnetfeldstärke im Arbeitsvolumen des Hauptfeldmagneten kalkulierbar wird und sie damit für Verfahren zur Homogenisierung in der Praxis überhaupt verwendbar werden, ist es erforderlich, daß sich der Magnetisierungszustand beim Einbau der Homogenisierungselemente in den Hauptfeldmagneten nicht oder nur geringfügig ändert. Hier kommen nur noch sehr wenige Werkstoffe wie NdFeB- oder SmCo-Legierungen prinzipiell in Frage.

Prinzipielle Vorteile von Verfahren zur Homogenisierung mit ferromagnetischen Homogenisierungselementen bestehen darin, daß man bei einer großen Anzahl von Positionen für die Homogenisierungselemente entsprechend viele Freiheitsgrade besitzt, um auch kompliziertere Verläufe des noch nicht homogenisierten Magnetfelds des Hauptfeldmagneten zu kompensieren, im Gegensatz zu Verfahren mit Korrekturspulen mit einstellbaren Strömen mit einer relativ kleinen Anzahl von Freiheitsgeraden entsprechend der Anzahl von Korrekturspulen.

Prinzipielle Nachteile von Verfahren zur Homogenisierung mit ferromagnetischen Homogenisierungselementen bestehen darin, daß die Größe der Homogenisierungselemente aus praktischen Gründen nicht beliebig fein unterteilt sein kann und damit die Präzision, mit der man Abweichungen vom homogenen Verlauf des Magnetfeldes kompensieren kann, prinzipiell begrenzt ist, im Gegensatz zu Verfahren mit Korrekturspulen mit einstellbaren Strömen, bei denen Verläufe von Magnetfeldern zur Kompensation von inhomogenen Magnetfeldern präzise eingestellt werden können.

Eine grundsätzliche Voraussetzung für die Anwendbarkeit von Verfahren zur Homogenisierung mit ferromagnetischen Homogenisierungselementen besteht darin, daß die für eine Homogenisierung geeigneten Verteilungen der Homogenisierungselemente auf die dafür vorgesehenen Positionen nur mit theoretischen Methoden, d. h. mit Hilfe numerischer Rechenprogramme, aus dem zuvor in einem Meßschritt ermittelten Verlauf des Magnetfelds ermittelt werden können. Folglich können diese Verfahren nur dann erfolgreich eingesetzt werden, wenn das in dem numerischen Rechenverfahren benutzte Modell zur theoretischen Berechnung des durch die Homogenisierungselemente erzeugten Verlaufs der Magnetfeldstärke mit dem tatsächlichen Verlauf der von den real verwendeten Homogenisierungselementen hinreichend gut übereinstimmt. Bei exakter Übereinstimmung des theoretischen Modells mit der Realität ist eine Homogensierung mit nur einem Meßschritt, einem Rechenschritt und einem Belegungschritt möglich. Bei nur geringfügigen Abweichungen ist die Homogenisierung in der Regel in mehreren iterativen Schritten möglich, bei denen die Abweichungen vom homogenen Verlauf des Magnetfelds sukzessiv kleiner werden. Bei hinreichend großen Abweichungen zwischen dem theoretischen Modell und der Realität dagegen führt das Verfahren beispielsweise nach der US 5 045 794 auch in iterativen Schritten nicht mehr zum Erfolg. Das iterative Verfahren konvergiert dann nicht mehr. Solche Abweichungen zwischen den Ergebnissen eines theoretischen Modells und dem realen magnetischen Verhalten der Homogenisierungselemente können natürlich trivialerweise in einem unzulänglichen theoretischen Modell begründet sein, aber auch in mechanischen Toleranzen bei der Belegung der Tragekörper mit den Homogenisierungselementen sowie Toleranzen in der Stärke und Richtung der Magnetisierung der Homogenisierungselemente. Größere Toleranzen in der Stärke und Richtung der Magnetisierung der Homogenisierungselemente sind insbesondere bei Homogenisierungselementen aus Dauermagnetwerkstoff möglich, weil diese Größen durch das Herstellungsverfahren der Homogenisierungselemente beeinflußt werden und eine genaue Charakterisierung der dabei entstandenen Fehler in der Praxis zu aufwendig wäre.

Während sich die Homogenisierung des Magnetfelds typischer größerer Hauptfeldmagnete für die medizinische Diagnostik mit rohrförmiger Bohrung mit Bohrungsdurchmessern von etwa 90 cm mit ferromagnetischen Homogenisierungselementen aus Weicheisen in der Praxis bewährt und etabliert hat, erweist sich die Übertragung des Verfahrens auf die Homogenisierung beispielsweise des erheblich kleineren Hauptfeldmagneten nach der DE 196 20 926 A1 als problematisch, und das beschriebene iterative Verfahren konvergiert nicht mehr. Aus den obengenannten Gründen ist hier einerseits die Verwendung von Homogenisierungselementen aus Dauermagnetwerkstoff mit der herstellungsbedingten Ungenauigkeit in Stärke und Richtung der Magnetisierung erforderlich. Außerdem erweist es sich als erforderlich, daß bei dem Hauptfeldmagneten mit den in der DE 196 20 926 A1 beispielhaft beschriebenen Abmessungen Homogenisierungselemente am Boden der dort genannten Vertiefung V angebracht werden müssen, die dann zum Teil nur eine sehr geringe Entfernung von etwa 3 cm vom Zentrum des Arbeitsvolumens besitzen statt 45 cm bei dem obengenannten Magneten mit dem Bohrungsdurchmesser von 90 cm. Damit führen mechanische Toleranzen bei der Positionierung der Homogenisierungselemente zu relativ starken Fehlern des von den Homogenisierungselementen erzeugten Magnetfeldbeitrags. Erschwerend kommt hinzu, daß die Abmessungen der zylindrisch geformten Homogenisierungselemente mit Werten von 5 mm Durchmesser und 0,4 mm Höhe gemessenen an ihrer geringen Entfernung zum Zentrum des Arbeitsvolumens relativ groß sind und sich folglich Abweichungen in der Magnetisierung oder der Position vom erwarteten Wert relativ stark auf den Beitrag zum Magnetfeld auswirken. Eine weitere Reduzierung der Abmessungen würde die Handhabung der Homogenisierungselemente im aufmagnetisierten Zustand angesichts der auftretenden Magnetkräfte unzulässig erschweren.

Es ist zu erwarten, daß bekannte iterative Verfahren zur Homogenisierung grundsätzlich dann nicht mehr konvergieren, wenn die Fehler der Beiträge der Homogenisierungselemente zum gesamten Magnetfeld nahezu die Größenordnung der zu kompensierenden Feldinhomogenitäten erreichen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es demgegenüber, ein Verfahren der eingangs genannten Art so zu modifizieren, daß auch dann eine zuverlässige Konvergenz der Iterationsschritte und damit eine Verbesserung der Homogenität des Hauptmagnetfeldes erreicht wird, wenn die Fehler der Beiträge der Homogenisierungselemente zum gesamten Magnetfeld nahezu die Größenordnung der zu kompensierenden Feldinhomogenitäten erreichen.

Diese Aufgabe wird auf ebenso überraschend wie wirkungsvolle Art und Weise dadurch gelöst, daß die vorbestimmten Positionen der Homogenisierungselemente in Gruppen mit unterschiedlichen Entfernungen vom geometrischen Zentrum des Arbeitsvolumens eingeteilt werden, und daß ab dem zweiten Rechenschritt und dem zweiten Kompensationsschritt die Belegung der Positionen der Gruppe mit den geringsten Entfernungen vom Zentrum des Arbeitsvolumens nicht mehr verändert wird.

Dabei gehört jede der vorbestimmten Positionen von Homogenisierungselementen eindeutig zu einer bestimmten Gruppe, wobei aber die Entfernungen von Positionen aus unterschiedlichen Gruppen zum Zentrum des Arbeitsvolumens durchaus in bestimmten Bereichen überlappen können. Es ergibt sich aber aufgrund des Schwerpunkts der Entfernungen der Positionen innerhalb einer Gruppe jeweils eine Hierarchie der Gruppen untereinander, beginnend von der Gruppe mit den geringsten Entfernungen bis zu der Gruppe mit den größten Entfernungen vom Zentrum des Arbeitsvolumens.

Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen werden ab dem zweiten Rechenschritt und dem zweiten Kompensationsschritt nur noch Belegungen der Positionen mit größeren Entfernungen vom Zentrum des Arbeitsvolumens verändert. Dadurch werden nur noch geringere Einflüsse auf das zu homogenisierende Magnetfeld genommen als durch die Veränderung im zentrumsnäheren Bereich, so daß auch bei relativ großen Fehlern in den Beiträgen der Homogenisierungselemente zum Gesamtfeld, die beispielsweise aufgrund ungenauer Positionierung, Abweichungen der Magentfeldeigenschaften der Homogenisierungselemente vom Idealzustand und dergleichen hervorgerufen werden können, der verbleibende Einfluß derjenigen Homogenisierungselemente, die ab dem zweiten Schritt in ihrer Position und Anzahl noch verändert werden, erheblich kleiner ist als bei herkömmlichen iterativen Verfahren, bei denen sämtliche möglichen Postionen von Homogenisierungselementen für eine Veränderung in der jeweils nächsten Iteration zur Verfügung stehen. Daher ergibt sich auch bei relativ großen Fehlerbeiträgen der einzelnen Homogenisierungselemente die Chance einer Konvergenz des iterativen Verfahrens, solange die Fehlerbeiträge der verbleibenden, noch zu variierenden Homogenisierungselemente geringer sind als der zu kompensierende Restfehler des Gesamtfeldes. Der scheinbare Nachteil einer Beschränkung der Variationsmöglichkeiten ab dem zweiten Schritt des iterativen Verfahrens erweist sich damit als der Schlüssel zur Lösung der oben definierten Erfindungsaufgabe, weil durch die Beschränkung der weiteren Variationsmöglichkeiten ein neuer Freiheitsgrad hinzugewonnen wird.

Besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei der in weiteren Iterationen jeweils die Belegung der Positionen der jeweiligen Gruppe mit den nächstgrößeren Entfernungen vom Zentrum nicht mehr verändert wird.

Dadurch kann vermieden werden, daß die verhältnismäßig großen Fehler der Kompensationsbeiträge aus den Gruppen von zentrumsnäheren Positionen in den jeweils nächst feineren Kompensationsschritt übertragen werden.

Besonders bevorzugt ist auch eine Verfahrensvariante, bei der im ersten Kompensationsschritt nur eine Belegung von Positionen aus der Gruppe mit den geringsten Entfernungen vom Zentrum mit Homogenisierungselementen erfolgt. Dadurch wird der Einfluß der Belegung von Positionen mit ihrerseits fehlerinduzierenden Homogenisierungselementen im nachfolgenden Meßschritt jeweils störungsfrei ermittelt, ohne daß Fehlerbeiträge von Elementen aus weiter entfernteren Bereichen störend auf die Messung Einfluß nehmen. Außerdem ergibt sich eine Arbeitsersparnis, da im ersten Kompensationsschritt nur ein Teil der vorgesehenen Positionen mit Homogenisierungselementen belegt werden muß. Der Einfluß der Homogenisierungselemente auf den zentrumsferneren, nicht belegten Positionen auf das Gesamtfeld wäre ohnehin vergleichsweise gering.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung dieser Verfahrensvariante, die auch eine konsequente Anwendung des Prinzips der weiter oben beschriebenen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens darstellt, erfolgt in weiteren Kompensationsschritten jeweils nur eine Belegung der Positionen aus der jeweiligen Gruppe mit den nächstgrößeren Entfernungen vom Zentrum mit Homogenisierungselementen. Das erfindungsgemäße Verfahren wird in dieser Modifikation besonders effektiv und erfordert den geringstmöglichen Arbeitsaufwand.

In der Praxis erweist sich als besonders vorteilhaft eine Einteilung der Gruppen derart, daß innerhalb der Gruppe mit den geringsten Entfernungen der vorbestimmten Position zum Zentrum des Arbeitsvolumens das Verhältnis der größten zur kleinsten Entfernung kleiner ist als 1,6, vorzugsweise kleiner als √2.

Bei Varianten des erfindungsgemäßen Verfahrens kann die geringste Entfernung einer vorbestimmten Position vom Zentrum kleiner als 5 cm gewählt werden. Bei einer solchen Geometrie mit derartig kurzen Abständen der Homogenisierungselemente vom Zentrum des Arbeitsvolumens unter Berücksichtigung der relativ hohen Fehlerbeiträge der üblicherweise verwendeten Homogenisierungselemente versagen herkömmliche Kompensationsverfahren vollständig, während das erfindungsgemäße Verfahren eine gute Chance für eine Konvergenz der Iterationen bietet.

Ebenso ist es mit Modifikationen des erfindungsgemäßen Verfahrens möglich, daß das Verhältnis der geringsten Entfernung einer Position vom Zentrum des Arbeitsvolumens zur Kubikwurzel aus dem Volumen des größten verwendeten Homogenisierungselements kleiner als 40, vorzugsweise kleiner als 30 gewählt wird. Damit kann selbst bei sehr großen Einflüssen der zentrumsnahen Homogenisierungselemente auf das Gesamtfeld eine Konvergenz des Iterationsverfahrens erreicht werden, was bei derart "pathologischen Fällen" mit herkömmlichen Verfahren bislang nicht möglich war.

Um unabhängig von der Stärke und Richtung des zu kompensierenden Hauptmagnetfelds mit Hilfe der Homogenisierungselemente auch negative magnetische Momente erzeugen zu können, werden bei einer besonders bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens Permanentmagnete als Homogenisierungselemente verwendet.

Besonders vorteilhaft ist auch die Verwendung von Homogenisierungselementen in Form von Plättchen, so daß an den vorbestimmten Positionen durch geeignetes Übereinanderstapeln der jeweils errechneten günstigsten Anzahl von Homogenisierungselementen auf der jeweiligen Position eine besonders fein abgestimmte Einflußnahme auf das Magnetfeld erfolgen kann.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung anhand der Zeichnung, die erfindungswesentliche Einzelheiten zeigt, und aus den Ansprüchen. Die einzelnen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebigber Kombination bei einer Ausführungsform der Erfindung verwirklicht sein. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung des Hauptfeldmagneten einer Kernspin­ resonanzapparatur mit Homogenisierungselementen in vorbestimmten Positionen; und

Fig. 2 eine schematische Draufsicht in Richtung der z-Achse auf eine Trägerplatte mit vorbestimmten Postionen der Homogenisierungselemente.

Fig. 1 zeigt äußerst schematisch einen konventionellen supraleitenden Hauptfeldmagenten 1 eines Kernspintomographen mit einer axialen Raumtemperaturbohrung 2. Das Arbeitsvolumen 8 befindet sich im zentralen Bereich der Raumtemperaturbohrung 2. An der Innenwand der Raumtemperaturbohrung 2 befinden sich axiale Führungen 7, in die Halterungen 5 eingeschoben werden können mit möglichen Positionen 9, an denen ferromagnetische Homogenisierungselemente 6, z. B. Shimplättchen, gestapelt und fixiert werden können. Die Halterungen 5 werden in die Führungen 7 eingeschoben und arretiert. Es könnte auch eine gemeinsame zylindersymmetrische Halterung vorgesehen sein.

Die gestapelten Shimplättchen sind jeweils auf einem Translator montiert, der sie bezogen auf die Achse 11 in radialer Richtung verschieben kann, um die Positionen 9 anzufahren.

In Fig. 2 ist eine Trägerplatte 25 dargestellt, bei der in Positionen 29 jeweils ferromagnetische Homogenisierungselemente, beispielsweise in Form von permanentmagnetischen Shimplättchen, in einer errechneten Anzahl befestigt werden können. Die Zahlen in den Kreisen für die Positionen 29 geben jeweils an, in welchem Iterationsschritt die jeweiligen Positionen entsprechend den erfindungsgemäß gebildeten Gruppen besetzt werden.

Die Trägerplatte 25 kann beispielsweise auf den Polschuh eines Hauptfeldmagneten gesetzt werden oder in eine Magnetanordnung nach der DE 196 20 926 A1 eingeschoben und beispielsweise auf der Position des dort vorgesehenen Gradientensystems fixiert werden.

Claims (9)

1. Iteratives Verfahren zur Homogenisierung des Magnetfelds im Arbeitsvolumen (8) des Hauptfeldmagneten (1) einer Magnetresonanz-Apparatur mit Hilfe von ferromagnetischen Homogenisierungselementen (6), die an vorbestimmten Positionen (9; 29) auf einem oder mehreren Tragekörpern (5; 25) befestigt werden, wobei in einem ersten Meßschritt der Verlauf des Magnetfelds des Hauptfeldmagneten (1) in seinem Arbeitsvolumen (8) durch Messungen bestimmt wird und die Meßwerte als Eingangsdatensatz in einem numerischen Rechenprogramm verwendet werden, das es gestattet, in einem ersten Rechenschritt mit Hilfe dieses Eingangsdatensatzes eine Belegung mit Homogenisierungselementen (6) auf den vorbestimmten Positionen (9; 29) so zu berechnen, daß das errechnete Gesamtfeld als Überlagerung des Magnetfeldes des Hauptfeldmagneten (1) und sämtlicher Homogenisierungselemente (6) theoretisch näherungsweise homogen ist, wobei in einem ersten Kompensationsschritt die Homogenisierungselemente (6) in den im ersten Rechenschritt errechneten Mengen an den vorbestimmten Positionen (9; 29) plaziert werden und wobei anschließend in einer oder mehreren Iterationen jeweils der Magnetfeldverlauf im Arbeitsvolumen (8) in einem weiteren Meßschritt bestimmt wird, wonach zur weiteren Verbesserung der Homogenität in einem weiteren Rechenschritt eine Veränderung der Belegung der Positionen mit Homogenisierungselementen (6) berechnet und diese in einem weiteren Kompensationsschritt durchgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die vorbestimmten Positionen (9; 29) der Homogenisierungselemente (6) in Gruppen mit unterschiedlichen Entfernungen vom geometrischen Zentrum des Arbeitsvolumens (8) eingeteilt werden, und daß ab dem zweiten Rechenschritt und dem zweiten Kompensationsschritt die Belegung der Positionen (9; 29) der Gruppe mit den geringsten Entfernungen vom Zentrum des Arbeitsvolumens (8) nicht mehr verändert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in weiteren Iterationen jeweils die Belegung der Positionen (9; 29) der jeweiligen Gruppe mit den nächstgrößeren Entfernungen vom Zentrum nicht mehr verändert wird.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im ersten Kompensationsschritt nur eine Belegung von Positionen (9; 29) aus der Gruppe mit den geringsten Entfernungen vom Zentrum mit Homogenisierungselementen (6) erfolgt.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in weiteren Kompensationsschritten jeweils nur eine Belegung der Positionen (9; 29) aus der jeweiligen Gruppe mit den nächstgrößeren Entfernungen vom Zentrum mit Homogenisierungselementen (6) erfolgt.

5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb der Gruppe mit den geringsten Entfernungen der vorbestimmten Positionen (9; 29) zum Zentrum des Arbeitsvolumens (8) das Verhältnis der größten zur kleinsten Entfernung kleiner ist als 1,6, vorzugsweise kleiner als √2.

6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die geringste Entfernung einer vorbestimmten Position (9; 29) vom Zentrum kleiner als 5 cm gewählt wird.

7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der geringsten Entfernung einer Position (9; 29) vom Zentrum des Arbeitsvolumens (8) zur Kubikwurzel aus dem Volumen des größten verwendeten Homogenisierungselements (6) kleiner als 40, vorzugsweise kleiner als 30 gewählt wird.

8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Homogenisierungselemente (6) Permanentmagnete verwendet werden.

9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Homogenisierungselemente (6) in Form von Plättchen gewählt werden.