DE3829175C2 - Spulenanordnung zur Erzeugung eines homogenen Magnetfelds - Google Patents
Spulenanordnung zur Erzeugung eines homogenen MagnetfeldsInfo
- Publication number
- DE3829175C2 DE3829175C2 DE3829175A DE3829175A DE3829175C2 DE 3829175 C2 DE3829175 C2 DE 3829175C2 DE 3829175 A DE3829175 A DE 3829175A DE 3829175 A DE3829175 A DE 3829175A DE 3829175 C2 DE3829175 C2 DE 3829175C2
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- coil unit
- coil
- magnetic field
- coils
- generating
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
- G01R33/20—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables involving magnetic resonance
- G01R33/28—Details of apparatus provided for in groups G01R33/44 - G01R33/64
- G01R33/42—Screening
- G01R33/421—Screening of main or gradient magnetic field
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
- G01R33/20—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables involving magnetic resonance
- G01R33/28—Details of apparatus provided for in groups G01R33/44 - G01R33/64
- G01R33/38—Systems for generation, homogenisation or stabilisation of the main or gradient magnetic field
- G01R33/387—Compensation of inhomogeneities
- G01R33/3875—Compensation of inhomogeneities using correction coil assemblies, e.g. active shimming
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Epidemiology (AREA)
- Magnetic Resonance Imaging Apparatus (AREA)
Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Spulenanordnung nach dem
Oberbegriff des Anspruchs 1, wie sie
insbesondere für einen
Magneten zur Erzeugung eines Magnetfeldes für ein Computertomogramm-Abbildinstrument
(im folgenden als MRI bezeichnet) für
die magnetische Kernresonanz Verwendung findet.
Üblicherweise besteht eine Spule zur Erzeugung eines homogenen
Magnetfeldes, verwendet bei einem MRI-Magneten aus einer Vielzahl
von zylindrischen Spulen oder Ringspulen mit einem Innendurchmesser
von annähernd 1 Meter, um ein Objekt, wie einen
menschlichen Körper innerhalb der Spule unterzubringen. Damit
man ein ausgezeichnetes Tomogramm erhält, welches zur Diagnose
des Zustands eines menschlichen Körpers ausreicht, ist es erforderlich,
daß man die Homogenität der Magnetfeldstärke im
einen menschlichen Körper aufnehmenden Bildraum auf einem Niveau
von 1×10-6 hält. Um der notwendigen Stärke und Homogenität
des Magnetfeldes Genüge zu tun, wird bzw. wurde ein Verfahren
zum Aufbau einer Spule zur Erzeugung eines homogenen
Magnetfeldes angegeben, bei dem Ringspulen koaxial angeordnet
sind und in ihren Positionen und elektrischen Stromwerten so
gewählt sind, daß die Homogenität des Magnetfeldes seinen besten
Zustand erreicht. Wenn jedoch der Fluß des homogenen Magnetfeldes,
erzeugt durch eine Spule zur Erzeugung eines homogenen
Magnetfeldes mit einer solchen Konstruktion zum Außenraum
hin leckt, so kann dies zu Fehlfunktionen bei elektronischen
Vorrichtungen führen, die dicht zum Magnetfeld hin angeordnet
sind, und daß auf den Leckfluß zurückzuführende Magnetfeld
magnetisiert ferromagnetische Substanzen nahe dem MRI
und kann zu Verformungen des Magnetfeldes führen, so daß der
homogene Magnetfeldraum nachteilig beeinflußt wird. Wenn die
Spule zur Erzeugung eines homogenen Magnetfeldes alleine verwendet
wird, wenn das Magnetfeld mit hoher Homogenität erzeugt
wird, so ergibt sich, daß das erwartete homogene Magnetfeld
nicht in der Umgebung erhalten werden kann, in der das MRI
verwendet wird. Um daher die Ausbreitung von Leckflüssen zur
Außenseite hin zu verhindern, wird häufig eine magnetische
Abschirmung vorgesehen, um die
Spule zur Erzeugung eines homogenen Magnetfeldes abzudecken.
Das Verfahren zur Absorption von Leckflüssen unter Verwendung
einer ferromagnetischen Substanz zeigt jedoch ein Problem insofern,
als die Stärke der Leckflüsse höher wird mit höherer
Stärke eines homogenen Magnetfeldes, und zwar insbesondere im
Falle der Verwendung eines supraleitenden MRI's, wobei das Gewicht
des Magnetsubstanzabschirmmaterials viel zu groß ist und
das Gewicht die zulässige Deckenbelastung dort übersteigen
kann, wo ein MRI anzuordnen ist. Daher wurde insbesondere zur
Verminderung des Leckflusses in dem supraleitenden MRI das
Verfahren zur Auslöschung des Magnetfeldes infolge von Leckflüssen
unter Verwendung einer supraleitenden Spule verwendet.
Dieses Verfahren verwendet keine magnetische Substanz und bietet
kaum die Effekte, wie sie durch die magnetischen Substanzen
hervorgerufen werden, die nahe einem MRI angeordnet sind
am homogenen Magnetfeldraum, so daß es leicht ist, eine Magnetfeldanalyse
auszuführen, und zwar benötigt zur Konstruktion
einer Spule zur Erzeugung eines homogenen Magnetfeldes. Das
bedeutet, daß die Magnetfelderzeugungsspule, ausgerüstet mit
einer zweiten supraleitenden Spule zum Auslöschen der Leckflüsse
eine sehr effektive Spule für ein supraleitendes MRI
ist, welches speziell erforderlich ist, um einen hochhomogenen
Magnetfeldraum zu bilden. Dieses Verfahren gibt an, daß eine
supraleitende Spule dazu dient, das Magnetfeld auszulöschen,
welches aus einem homogenen Magnetfeld herausleckt, und zwar
erzeugt durch eine Spule zur Erzeugung eines homogenen Magnetfeldes,
verwendet als ein supraleitender MRI-Magnet. Im folgenden
wird darauf Bezug genommen als ein supraleitender
MRI-Magnet der aktiven Abschirmbauart (im folgenden einfach
als die aktive Abschirmbauart bezeichnet).
Die aktive Abschirmbauart muß die folgenden beiden Erfordernisse
erfüllen.
- (1) Bildung eines homogenen Magnetfeldes mit einer gegebenen Homogenität innerhalb eines gegebenen Raums; und
- (2) Absenkung des nach außen leckenden Magnetflusses für einen gegebenen Bereich von einem MRI, um gleich oder kleiner zu sein als ein gegebener Wert.
Ein homogenes Magnetfeld mit einer hohen Homogenität mit nur
wenigen PPM's-Niveau- oder Pegelvariation ist, wie oben beschrieben,
erforderlich. Die Magnetfeldstärke infolge des Leckflusses
muß so klein wie 0,5 mT oder weniger in dem Raum
sein, der mit einem vorbestimmten Abstand gegenüber einem MRI
angeordnet ist, und zwar im Vergleich mit der gleichförmigen
Raummagnetfeldstärke von ungefähr 1 T. Die beiden tatsächlichen
Erfordernisse müssen ferner unter Berücksichtigung der beiden
obengenannten Bedingungen in Betracht gezogen werden.
- (3) Um die Nähe für oder Ängstlichkeit bei einem Patienten, der in ein MRI zum Zwecke seiner Untersuchung kommt, so weit wie möglich zu vermindern, muß die Länge einer Spule zur Erzeugung eines homogenen Magnetfeldes so kurz wie möglich sein.
- (4) Der Durchmesser einer Spule zur Erzeugung eines homogenen Magnetfeldes muß so klein als möglich sein infolge einiger Einschränkungen wie der Größe eines Raums und der Höhe seiner Decke, und zwar dann, wenn ein MRI in einem nicht dafür vorgesehenen Raum angeordnet werden soll.
Um eine höhere Homogenität zu erreichen und die Magnetfeldstärke
infolge Leckflusses weiter einzuschränken, müssen auch
die beiden folgenden Erfordernisse bei der Konstruktion und
Herstellung der Spule berücksichtigt werden.
- (5) Die Konstruktionen und Bedingungseinstellungen müssen derart sein, daß eine Magnetfeldanalyse wesentlich ist zur Konstruktion einer Spule zur Erzeugung eines homogenen Magnetfeldes.
- (6) Die Konstruktionen müssen derart vorgesehen sein, daß die Spule mit einer Genauigkeit hergestellt wird, die benötigt wird, um ein homogenes Magnetfeld sicherzustellen.
Die Spule zur Erzeugung eines homogenen Magnetfeldes selbst
muß groß genug sein, um einen gegebenen homogenen Raum sicherzustellen.
Da ein MRI etwas beschränkt in seiner Größe ist, um
in einem bestimmten Raum eines Zimmers untergebracht zu werden,
ergibt sich, daß je kleiner die Vorrichtung ist, umso
universeller und weniger teurer die Anwendung sich herausstellt.
Es ist also eine kleinere Spule zur Erzeugung eines homogenen
Magnetfeldes mit einem
großen homogenen Raum erwünscht. Jedoch muß eine minimale
externe Außendurchmessergröße einer Spule zur Erzeugung eines
homogenen Magnetfeldes vorgesehen sein, von beispielsweise
1 Meter oder dgl., da der menschliche Körper in die Spule
einbringbar sein muß,
wobei eine Vielzahl von Spulen, wie beispielsweise eine Hochfrequenzspule
und eine sogenannte Markierungsspule
außerhalb des menschlichen Körpers angeordnet sind, und
insbesondere im Falle eines supraleitenden Magneten muß die
Spule in einem Cryostat untergebracht sein, was zulässigen
Raum für die thermische Isolation erforderlich macht. Andererseits
ist die Größe des homogenen Magnetfeldraumes relevant
hinsichtlich der Größe eines menschlichen Körpers. Üblicherweise
wird eine Kugel mit ungefähr 40 cm als homogener
Magnetfeldraum gefordert. Ferner ist im Falle eines supraleitenden
Magneten das erzeugte Magnetfeld 0,5 T bis 2 T, was
zehnmal so groß ist wie ungefähr 0,1 T beim normalleitenden
Magneten, so daß die erforderliche Homogenität mehrere PPM's
beträgt, was eine Ziffer höher liegt als das für den normalen
Magneten erforderliche.
Die Spule zur Erzeugung eines homogenen Magnetfeldes, vorgesehen
in der Weise, daß der größere homogene Raum mit höherer
Homogenität gebildet wird, kann durch Erhöhung der Anzahl der
die Spule bildenden Spulenringe aufgebaut werden. Wenn jedoch
die Konstruktion verwendet wird, wo die Homogenität entsprechend
der erhöhten Anzahl von Spulenringen sichergestellt
wird, so wird die Axiallänge erhöht, so daß der Patient, wie
oben erwähnt, sich eingeschlossener fühlt und auch die Herstellung
eines MRI-Magneten wegen der erhöhten Anzahl von Spulenringen
mehr kostet. Darüber hinaus muß bei Erhöhung der Axiallänge
die Ampere-Windungszahl erhöht werden, um die gleiche Magnetfeldstärke
wie zuvor sicherzustellen. Da die Erhöhung der Spulenringe
eine Erhöhung des Materialverbrauchs und auch der Kapazität
einer Gleichstromleistungsquelle mit sich bringt, ergeben
sich insgesamt ein erhöhtes Gewicht und erhöhte Kosten.
Es ist daher nicht besser, die Anzahl der Spulenringe unmäßig
zu erhöhen, selbst wenn dies eine überlegene Homogenität zur
Folge hat.
Magnete der aktiven Schirm- oder Schildbauart,
insbesondere mit supraleitenden Spulen, wurden bereits in
den folgenden Schriften beschrieben: US-4,587,504, EP-O 138 270 A2,
JP-60-217608 A sowie den Rev. Sci. Instrum., Vol.
52, Nr. 10, 1981, S. 1501-1508. Hierbei ist insbesondere die US-Patentschrift
4,587,504 mit dem Titel "Magnetanordnung zur Verwendung
in einer NMR-Vorrichtung" zu nennen, die eine Spulenanordnung
gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 aufweist.
Diese Veröffentlichungen beschreiben jedoch nicht
das Konstruktionsoptimum für eine Spule zur Erzeugung eines
homogenen Magnetfeldes von einem umfassenden Blick aus gesehen,
wie dies oben getan wurde.
Wenn daher in der
Praxis eine Spule zur Erzeugung eines homogenen Magnetfeldes
hergestellt wird, so wird diese Spule größer und
teurer sein, als dies von einer optimalen Konstruktion verlangt
werden kann. Ferner hat die aktive Schirmbauart einen
Nachteil insofern, als der Patient ein größeres Maß an Engigkeit
empfinden kann, da die Gesamtaxiallänge der Spule zur Erzeugung
eines homogenen Magnetfeldes wegen der Außenseitenspule
weiter vergrößert ist.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Spulenanordnung
zur Erzeugung eines homogenen Magnetfeldes der eingangs genannten Art
vorzusehen, wie für
ein supraleitendes Computertomogramm-Abbildinstrument (MRI)
der aktiven Schirmbauart, die hinsichtlich der Homogenität des
Magnetfeldes in einem größeren Raum, der Reduzierung der Stärke
des magnetischen Leckfeldes an einem gegebenen Abstand gegenüber
einem MRI-Magneten und einer kleineren
Axiallänge, um das Gefühl der Dichtigkeit
oder Nähe gegenüber einem Patienten zu vermindern, optimiert ist.
Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung bei einer Spulenanordnung
gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 die im kennzeichnenden Teil des
Anspruchs 1 genannten Maßnahmen vor.
Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden
anhand
der Zeichnung beschrieben; in der Zeichnung zeigt
Fig. 1 eine Teilschnittansicht, die die Konstruktion eines
Ausführungsbeispiels einer Spulenanordnung zur Erzeugung eines
homogenen Magnetfeldes gemäß der Erfindung darstellt;
Fig. 2 eine Teilschnittansicht des Aufbaus eines weiteren Ausführungsbeispiels
einer erfindungsgemäßen Spulenanordnung zur Erzeugung
eines homogenen Magnetfeldes; und
Fig. 3 eine charakteristische Darstellung, welche die Beziehung
zwischen der Axiallänge L₂ der zweiten Spuleneinheit,
der Axiallänge L₁ der ersten Spuleneinheit und der Summe der Ampere-Windungen
beider Spuleneinheiten darstellt.
Im folgenden sei die Erfindung auf der Grundlage der Ausführungsbeispiele
erläutert.
Fig. 1 ist ein Teilschnitt zur Erläuterung eines Aufbaus einer
Spulenanordnung zur Erzeugung eines homogenen Magnetfeldes gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Eine erste Spuleneinheit 1 weist Spulen 11, 12 und 13
auf. Eine zweite Spuleneinheit 2 umfaßt Spulen 21 und 22. Die
Spulen 11, 12 und 13 sind jeweils auf einen Kern oder Spulenkörper
3 gewickelt und die Spulen 21 und 22 sind jeweils auf
einen Kern oder Spulenkörper 4 gewickelt. Fig. 1 zeigt nur
einen oberen rechten halben Abschnitt der Spulenanordnung zur Erzeugung
eines homogenen Magnetfelds. Die Spulen 11, 12, 13, 21
und 22 haben eine Drehsymmetrieachse 5. Auch die Spulenkörper
3 und 4 sind Zylinder mit Drehsymmetrieachse 5. Ferner sind
diese Spulen und Zylinder symmetrisch bezüglich einer Symmetrieebene
6, so daß nicht gezeigte symmetrische Spulen und
Spulenkörper auf der linken Seite der Symmetrieebene 6 in der
gleichen Weise wie die in Fig. 1 gezeigten Spulen und Spulenkörper
angeordnet sind. Das heißt, in Fig. 1 sind nur die
Hälften von Paaren der gezeigten Spulen dargestellt.
Die Spulen 11, 12 und 13 bilden die erste Spuleneinheit 1 und
die Spulen 21 und 22 bilden die zweite Spuleneinheit 2 und sie
können elektrisch jeweils in Serie oder parallel geschaltet
sein, oder aber sie können auch mit gesonderten Leistungsquellen
in Verbindung stehen. Wenn die Spulen 11, 12 und 13 und
die Spulen 21 und 22 elektrisch in Serie oder parallel geschaltet
sind, so kann die erste Spuleneinheit 1 elektrisch
mit der zweiten Spuleneinheit 2 in Serie verbunden sein.
Ein elektrischer Strom fließt durch alle Spulen, welche die
erste Spuleneinheit 1 bilden, was diejenige auf der linken
Seite der nicht-gezeigten Symmetrieebene umfaßt, und zwar erfolgt
der Stromfluß in einer Richtung. In gleicher Weise
fließt ein elektrischer Strom durch sämtliche die zweite Spuleneinheit
2 bildenden Spulen in der entgegengesetzten Richtung
zu der Richtung des Stromflusses der Spuleneinheit 1.
Ferner sind die Spulen symmetrisch bezüglich der Drehsymmetrieachse
5 und auch der Symmetrieebene 6 vorgesehen. Das bedeutet,
daß die durch diese Spulen erzeugten Magnetfelder symmetrisch
bezüglich der Symmetrieachse 5 und der Symmetrieebene
6 sind.
Die Axiallänge der Spulenanordnung zur Erzeugung eines homogenen Magnetfeldes
wird bestimmt durch einen größeren Wert der beiden
Axiallängen der ersten Spuleneinheit 1 und der zweiten Spuleneinheit
2. Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem die
Axiallängen beider Spuleneinheiten im wesentlichen gleich miteinander
sind. Das heißt, der Abstand zwischen der Symmetrieebene
6 und der äußeren Seitenebene der Spule 11 wird als
Axiallänge L₁ der ersten Spuleneinheit 1 angenommen und der
Abstand zwischen der Symmetrieebene 6 und der Außenseitenebene
der Spule 21 wird als die Axiallänge L₂ der zweiten Spuleneinheit
2 angenommen. In Fig. 1 sind diese Werte L₁ und L₂ im wesentlichen
die gleichen bezüglich einander. Die erste Spuleneinheit
1 und die zweite Spuleneinheit 2 haben das identische
magnetische Moment im Bereich möglicher Genauigkeit, gegeben
durch numerische Berechnungen bei deren Konstruktion. Das magnetische
Moment kann leicht unter Verwendung der folgenden
Gleichung berechnet werden.
Berücksichtigt man eine kreisförmige Spule, bestehend aus
einem Leiter, dessen Querschnitt recht klein ist, so wird das
magnetische Moment dieser Spule durch ein Produkt, repräsentiert
aus einer vom Leiter umschlossenen Kreisfläche und einem
durch den Leiter fließenden Strom. Es gilt folgendes:
m =si (1)
Dabei ist
m : magnetisches Moment dieser Spule
s : Kreisfläche, umschlossen durch diesen Spulenleiter (angenommen wird ein Radius eines Kreises mit r, so daß s =π · r ² gegeben ist)
i = der durch den Leiter fließende Strom.
s : Kreisfläche, umschlossen durch diesen Spulenleiter (angenommen wird ein Radius eines Kreises mit r, so daß s =π · r ² gegeben ist)
i = der durch den Leiter fließende Strom.
Nimmt man das magnetische Moment der ersten Spuleneinheit 1
mit M₁ an, so erhält man M₁ durch Kumulation der Gleichung (1)
für jeden supraleitenden Draht bezüglich der diese erste Spuleneinheit
1 bildenden Spule. Das heißt, es gilt:
Dabei ist
μ₀: Permeabilität im Vakuum (4×10⁷)
C₁: Anzahl der Paare von Spulen, welche die erste Spuleneinheit 1 bilden (das bedeutet in diesem Ausführungsbeispiel 3)
NN: Anzahl der Windungen der N-ten Spule
rNj : Radiusposition des supraleitenden Drahtes
I₁: Stromwert des supraleitenden Drahtes der ersten Spuleneinheit.
C₁: Anzahl der Paare von Spulen, welche die erste Spuleneinheit 1 bilden (das bedeutet in diesem Ausführungsbeispiel 3)
NN: Anzahl der Windungen der N-ten Spule
rNj : Radiusposition des supraleitenden Drahtes
I₁: Stromwert des supraleitenden Drahtes der ersten Spuleneinheit.
Das magnetische Moment M₂ kann dadurch erhalten werden, daß
man den Index von 1 auf 2 in der oben genannten Gleichung abändert.
Die Stromrichtung ist entgegengesetzt zu der in der
Spuleneinheit 1. Wenn somit das magnetische Moment der ersten
Spuleneinheit 1 positiv gehalten wird, so wird das der zweiten
Spuleneinheit 2 negativ gehalten. Die Beziehung des magnetischen
Moments zwischen beiden Spuleneinheiten wird so vorgesehen,
daß es die folgende Gleichung unter Verwendung von M₁
und M₂ genügt.
M₁+M₂=0 (3)
Die Magnetflußdichte Bir des Magnetfeldes erzeugt an der Stelle
ziemlich weitweg von diesen Spuleneinheiten durch die erste
Spuleneinheit 1 wird annähernd durch die folgende Gleichung
repräsentiert:
Dabei ist:
r : Abstand von der Mitte der Spule
a1e: Äquivalenzradius der ersten Spuleneinheit
K₃, K₅: Koeffizient eines Ausdruckes jeden Grades in der Reihenentwicklung (unabhängig vom Äquivalenzradius a1e)
a1e: Äquivalenzradius der ersten Spuleneinheit
K₃, K₅: Koeffizient eines Ausdruckes jeden Grades in der Reihenentwicklung (unabhängig vom Äquivalenzradius a1e)
Wie man aus dieser Gleichung erkennt, wird dann, wenn das Magnetfeld
durch eine Spule erzeugt wird, die Stärke des aus der
Spule herausleckenden Magnetflusses in umgekehrter Proportion
zur dritten Potenz eines Abstandes von der Mitte der Spule reduziert.
Im Falle eines supraleitenden MRI-Magneten mit ungefähr
1 m Durchmesser und 1 T Magnetflußdichte, erzeugt an der
Mitte, wird nicht erwartet, das Leckmagnetfeld auf ein Niveau
zu dämpfen, daß es nicht einen Raum beeinflußt, der mit mehreren
Metern Abstand vom MRI-Instrument oder der Vorrichtung des
MRI mit Ausnahme seines Magneten angeordnet ist. Das bedeutet,
daß es notwendig ist, eine zweite Spuleneinheit der aktiven
Schirm- oder Schildbauart vorzusehen.
Wie bei der ersten Spuleneinheit 1 wird die Magnetflußdichte
B2r der zweiten Spuleneinheit durch die folgende Gleichung repräsentiert:
Die durch diese beiden Spuleneinheiten erzeugten Magnetfelder
werden durch eine Summe der oben genannten Gleichungen (4) und
(5) repräsentiert, was die folgende Gleichung ergibt:
Die Gleichung (6) wird durch Einsetzen der Gleichung (3) in
diese Gleichung, wie folgt verändert:
Das heißt, wenn das magnetische Moment der ersten Spuleneinheit
1 den gleichen Wert hat wie und richtungsmäßig entgegengesetzt
ist zur zweiten Spuleneinheit, so wird die Magnetfeldstärke
infolge Leckflusses vermindert, und zwar wird die Komponente
reduziert umgekehrt proportional zu einer dritten Potenz
eines Abstands von der Mitte der Spule Null und die Komponente,
reduziert in umgekehrter Proportion zur fünften Potenz
des Abstandes, verbleibt als Hauptsubstanz. Somit wird,
wenn der Abstand gegenüber der Spulenmitte ansteigt, das magnetische
Leckfeld abrupt reduziert. Nimmt man beispielsweise
den Radius der ersten Spuleneinheit 1 mit 0,5 m an, den Radius
der zweiten Spuleneinheit 2 mit 0,7 m und die Magnetflußdichte
eines homogenen Magnetfeldes in der Mitte der Spule, erzeugt
durch diese beiden Spuleneinheiten, mit 1 T, so beträgt die
Magnetflußdichte des magnetischen Leckfeldes, angeordnet mit
einem 3-m-Abstand gegenüber der Mitte der Spule ungefähr 0,13 mT,
und der deutliche Reduktionseffekt wird realisiert. Wenn ein
homogenes Magnetfeld von 1 T in der Mitte der Spule durch die
erste Spuleneinheit allein erzeugt wird, so beträgt die Magnetflußdichte
des magnetischen Leckfeldes an einem 3-m-Abstand
gegenüber der Spulenmitte ungefähr 5 mT, weil das größer ist
als der zulässige Wert der Leckmagnetfeldstärke, d. h. 0,5 mT.
Wenn, wie oben beschrieben, die magnetischen Momente der beiden
Spuleneinheiten den gleichen Wert besitzen und in entgegengesetzter
Richtung zueinander verlaufen, so kann die Stärke
des magnetischen Leckfeldes gelöscht werden. Das magnetische
Moment kann leicht dadurch berechnet werden, daß man die Zahl
und Größe der jede Spuleneinheit bildenden Spulen derart einstellt,
daß im Prozeß der Konstruktion einer Spule zur Erzeugung
eines homogenen Magnetfeldes die Berechnung erfolgt, daß
der Bedingung Genüge getan wird, daß das magnetische Moment
einer Spuleneinheit identisch zum magnetischen Moment der anderen
Spuleneinheit ist. Somit wird eine effiziente Konstruktionsberechnung
ermöglicht.
Fig. 2 zeigt eine Konstruktion einer Spulenanordnung zur Erzeugung eines
homogenen Magnetfeldes mit einer zweiten Spuleneinheit 2, bestehend
aus zwei Paaren von Spulen und zum Halten optimaler
Homogenität durch sich selbst. Die optimale Konstruktion ist
durch die Lage und die Ampere-Windungszahl der zwei Paare von
Spulen bestimmt. Wie Fig. 1 ist auch Fig. 2 ein Teilschnitt.
Bei diesem Ausführungsbeispiel weist eine zweite Spuleneinheit
2A Spulen 21A und 22A auf. Die Außenspule 21A ist außerhalb
der äußersten Spule 11A der ersten Spuleneinheit einschließlich
Spulen 11A, 12A und 13A angeordnet. Das bedeutet, daß die
Axiallänge L₂ der zweiten Spuleneinheit 2A größer ist als die
Axiallänge L₁ der ersten Spuleneinheit 1A, so daß die Axiallänge
L der Spulenanordnung zur Erzeugung eines homogenen Magnetfeldes
durch L₂ definiert ist. Im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1
ist die Spule 21 dichter zur Symmetrieebene 6 aus der optimalen
Zustandsposition gemäß Fig. 2 heraus positioniert, d. h.
der Position der Spule 21A. Somit genügt die zweite in Fig. 1
gezeigte Spuleneinheit 2 für sich selbst nicht der Optimalbedingung
der Homogenität. Die Optimalbedingung gestattet die
Reduktion der Koeffizienten der Ausdrücke bis zur sechsten
Ordnung in der Taylor'schen Reihe(n), vorgesehen durch Entwicklung
der Magnetfeldstärkenverteilung auf der Symmetrieachse
5 auf Null. Da aber die Spule 21 außerhalb der Optimalbedingungsposition
angeordnet ist, sind die Werte der Koeffizienten
der Ausdrücke der zweiten, vierten und sechsten Ordnung
nicht Null in dem durch die zweite Spuleneinheit 2
erzeugten Magnetfeld. Da jedoch die zweite Spuleneinheit 2 wesentlich
näher an der Optimalbedingungsposition angeordnet
ist, was noch beschrieben wird, haben die Koeffizienten der
Ausdrücke dieser Ordnung nicht so große Werte, die Null sein
sollten, wenn die Spuleneinheit 2 an der Optimalbedingungsposition
angeordnet ist.
In Fig. 2 hat die erste Spuleneinheit 1A jede Spule etwas
außerhalb des Optimalzustandes angeordnet, und zwar für sich
selbst. Eine der Gründe ist der folgende. Selbst wenn die
zweite Spuleneinheit 2A an der Optimalbedingungsposition
angeordnet ist, weist die Stärkenverteilung auf der Symmetrieachse
eines Magnetfeldes, hervorgerufen durch die zweite Spuleneinheit
2A, die Koeffizienten von Ausdrücken höher als der
achten Ordnung auf, die nicht auf Null reduziert werden können.
Diese Komponenten höherer Ordnung dienen zur Verformung
eines homogenen Magnetfeldes. Andererseits kann die drei Paare
von Spulen aufweisende erste Spuleneinheit 1A die Koeffizienten
von Ausdrücken bis zur zehnten Ordnung auf Null reduzieren,
so daß die Größe und die Ampere-Windungen eingestellt
werden, um die Koeffizienten von Ausdrücken der zweiten bis
zehnten Ordnung auf Null in der Stärkenverteilung des durch die
zweite Spuleneinheit 2A erzeugten Magnetfeldes zu reduzieren.
Demgemäß sind die Spulen 11A, 12A und 13A der ersten Spuleneinheit
außerhalb der Optimalbedingungsposition für diese Spuleneinheit angeordnet,
um so sämtliche Koeffizienten von
Ausdrücken höherer Ordnung der Stärkeverteilung eines Magnetfeldes,
erzeugt durch die zweite Spuleneinheit 2A, auf Null zu
reduzieren.
Ferner ist in der Spulenkonfiguration gemäß Fig. 1 die zweite
Spuleneinheit 2 auch außerhalb der optimalen Bedingungsposition
für diese Spuleneinheit angeordnet, so
daß sämtliche Koeffizienten von Ausdrücken der Taylor-Reihe,
vorgesehen bezüglich der zweiten Spuleneinheit 2 auf Null bis
zur zehnten Ordnung reduziert werden, und zwar durch die erste
Spuleneinheit 1. Infolgedessen ist zu verstehen, daß die erste
Spuleneinheit 1 weiter nach außen gegenüber der optimalen Bedingungsposition
für diese Spuleneinheit
angeordnet ist als im in Fig. 2 gezeigten Falle.
Wie die zweite Spuleneinheit an der Optimalbedingungsposition
angeordnet werden kann und die Axiallänge L₂ der zweiten Spuleneinheit
mit der Axiallänge L₁ der ersten Spuleneinheit zusammenfallend
vorgesehen werden kann, wird wie folgt erreicht.
Zuerst wird die zweite Spuleneinheit 2 allein an der Optimalbedingungsposition
angeordnet und sodann wird die erste Spuleneinheit
1 eingestellt, um die Koeffizienten der Ausdrücke
des zweiten bis zehnten Grades der Taylor-Reihe zu reduzieren,
und zwar bezüglich der Magnetfelder, erzeugt durch diese ersten
und zweiten Spuleneinheiten 1 und 2. Unter dieser Bedingung
besitzt wie die in Fig. 2 gezeigte Konstruktion die Axiallänge
L′₂ der zweiten Spuleneinheit 2 einen größeren Wert als
die Axiallänge L′₁ der ersten Spuleneinheit. Als nächstes wird
die Axiallänge L′₂ auf einen etwas kleineren Wert als die
Axiallänge L′₁ eingestellt und der Optimalzustand wird gefunden,
wobei wiederum die Länge der ersten Spuleneinheit derart
berechnet wird, daß der Zustand gefunden wird, bei dem die
Koeffizienten der Ausdrücke zweiten bis zehnten Grades bezüglich
des Magnetfeldes, welches die zweite Spule abdeckt, auf
Null reduziert werden. Als ein Resultat ist die Differenz zwischen
den Axiallängen L′₁ und L′₂ kleiner als die zuvor berechnete
Differenz. Durch Wiederholung einer solchen Berechnung
zweimal oder dreimal findet man den Zustand, bei dem die
Axiallänge L₁ und L₂ im wesentlichen miteinander zusammenfallen,
wie dies in Fig. 1 gezeigt ist. Da die Differenz zwischen
diesen Axiallängen L₁ und L₂ nicht so sehr mit der Homogenität
eines Magnetfeldes in Verbindung steht, wird eine hohe Genauigkeitskoinzidenz
nicht benötigt. Ferner stellt das Resultat
der Berechnung fest, daß die Axiallänge L₁ kleiner ist, wenn
die Axiallänge L₂ einen Wert kleiner als die Axiallänge
L₁ besitzt. Das bedeutet, daß es besser ist, die Axiallänge
L₂ auf einen kleineren Wert als die Axiallänge L₁ einzustellen,
um die Axiallänge L einer Spule zur Erzeugung eines homogenen
Magnetfeldes zu minimieren.
Fig. 3 zeigt die Beziehung zwischen der optimalen Axiallänge
L₂ der zweiten Spuleneinheit und der optimalen Axiallänge der
ersten Spuleneinheit L₁ und zwischen L₂ und einer Summe von
Absolutwerten von Ampere-Windungen der ersten und zweiten Spuleneinheiten
zur Erzeugung einer gegebenen gleichförmigen Magnetfeldstärke.
In Fig. 3 wird L₂ geändert, während der Optimalzustand
der Spuleneinheit einschließlich zwei Paaren von
Spulen aufrechterhalten wird, d. h. wenn auf Null reduziert
werden, die Koeffizienten der Ausdrücke zweiter, vierter und
sechster Ordnung bezüglich der Verteilung der Magnetfeldstärke
auf der Symmetrieachse, erzeugt durch die zweite Einheit, so
ändert sich die optimale Axiallänge L₁ der ersten Spuleneinheit,
nämlich die Axiallänge zur Verminderung auf Null der
Koeffizienten der Ausdrücke bis zum zehnten Grad bezüglich der
Stärkeverteilung der Magnetfelder, erzeugt durch die ersten
und zweiten Spuleneinheiten, entsprechend L₂. Die Summe der
Ampere-Windungen ändert sich auch mit L₂. Die in Fig. 2 gezeigte
Spulenkonstruktion bedeutet L₂=688 mm in Fig. 3. Mit
der Abnahme von L₂ nimmt L₁, wie in Fig. 3 gezeigt, ab. Die
Variation von L₁ ist jedoch klein und L₁ und L₂ fallen miteinander
zusammen, wenn L₁ etwas kleiner ist als 660 mm. Mit weiterer
Abnahme von L₂ wird L₁ größer als L₂. Die in Fig. 1 gezeigte
Spulenkonstruktion bedeutet das Beispiel, wo die zweite
Spuleneinheit den optimalen Zustand nicht durch sich selbst
erreicht und L₁=L₂=660 mm geboten werden.
Wie in Fig. 3 gezeigt, wird, wenn die Axiallänge L₂ kleiner
gemacht wird, die Summe der Absolutwerte der Ampere-Windungen
der ersten und zweiten Spuleneinheiten vergrößert. Es ist somit
besser, die Axiallänge L₂ nicht zu viel von einem wirtschaftlichen
Gesichtspunkt aus gesehen zu verkleinern, da ein
supraleitender Draht mehr erforderlich ist, wenn L₂ zu klein
ist. Von einem allgemeinen Gesichtspunkt aus ist es am besten,
die erste Spuleneinheit im wesentlichen mit der zweiten Spuleneinheit
bezüglich der Axiallänge zusammenfallend zu machen.
Selbst wenn die zweite Spuleneinheit für sich nicht den optimalen
Zustand an Homogenität erreicht, unterstützt die erste
Spuleneinheit bei der Sicherstellung der optimalen Homogenität.
Auf diese Weise ist die Anzahl der Paare von Spulen, welche
die erste Spuleneinheit bilden, ein wichtiger Faktor für
die Befriedigung des Erfordernisses der Homogenität für die
Spule zur Erzeugung eines homogenen Magnetfeldes. Der homogene
Raum, erforderlich für die Unterbringung eines menschlichen
Körpers ist eine Sphäre mit einem Durchmesser von 40 cm. Der
Außendurchmesser der Spule zur Erzeugung eines homogenen Magnetfeldes
besitzt einen minimalen zulässigen Wert von 1 m oder
dergleichen und die erforderliche Homogenität ist bei der
PPM-Einheit nivelliert. Infolgedessen ist die Homogenität erreicht
durch eine aus zwei Paaren von Spulen gebildete erste
Spuleneinheit höchstens mehrere zehner PPM. Somit sollte die
Zahl von Spulenpaaren, welche die Spuleneinheit bilden, mehr
als zwei sein, d. h. drei, wobei hier eine Homogenität mit
mehreren PPM's geboten wird, wodurch der gegebene Optimalzustand
erreicht wird. Vier Paare von Spulen würden der Verbesserung
der Homogenität dienen. Im Hinblick auf die Genauigkeit der
Herstellung ist es schwer und nicht notwendig, die vier Paare
von Spulen zu realisieren. Die Vierpaar-Konstruktion ist hinsichtlich
der Qualität exzessiv. Zusammenfassend ergibt sich,
daß der supraleitende MRI-Magnet der aktiven Schirmbauart,
dessen Ziel ein menschlicher Körper ist, drei Paare von Spulen
für den Aufbau der ersten Spuleneinheit, d. h. sechs Spulen,
aufweist.
Die Konstruktion der zweiten Spuleneinheit kann freier ausgewählt
werden als die der ersten Spuleneinheit. Es wäre möglich,
die zweite Spuleneinheit mit einer Spule aufzubauen und diese
recht dicht zur Symmetrieebene anzuordnen. Selbst bei dieser
Konstruktion können die Koeffizienten von Ausdrücken bis zur
zehnten Ordnung auf Null reduziert werden durch die ordnungsgemäße
Anordnung der drei Paare von Spulen, die die erste Spuleneinheit
bilden. In diesem Falle werden die nicht notwendigen
Magnetfeldkomponenten der zweiten Spuleneinheit, ausgelöscht
durch Verteilung einer großen Ampere-Windung an die
Spulen, angeordnet nahe der Symmetrieebene 6, ausgewählt unter
den Spulen der ersten Spuleneinheit. Somit löscht jede Spuleneinheit
in starker Weise jedes Magnetfeld aus, das einen Nachteil
hinsichtlich der effektiven Ausnutzung der Ampere-Windungen
bringen kann. Demgemäß tritt ein gewisser Nachteil insofern
auf, als eine größere Ampere-Windung erforderlich ist,
um eine gegebene Stärke eines homogenen Magnetfeldes sicherzustellen.
Um diesen Nachteil zu vermeiden, wäre es möglich, die
Ampere-Windung weit zu verteilen, um so eine Spule mit der
Axiallänge der ersten Spuleneinheit in Übereinstimmung zu
bringen. Es ist jedoch schwer, eine supraleitende Leitung zu
befestigen, die weit auf den Spulenkörper entlang der Axiallänge
gewickelt ist und somit ist dies in der Praxis kein effektives
Verfahren.
Selbst wenn die zweite Spuleneinheit aus zwei Spulen (einem
Paar) zusammengesetzt wäre, tritt das im Falle einer Spule vorgesehene
Problem auf. Zusammenfassend kann man, wie in Fig. 1
gezeigt, sagen, daß die beste Konstruktion darin
besteht, daß die zweite Spuleneinheit aus vier Spulen aufgebaut
ist, d. h. zwei Paaren. Wie oben beschrieben, wenn die
zweite Spuleneinheit aus zwei Paaren aufgebaut ist, ist es
möglich, die Axiallänge und Ampere-Windungsverteilung im wesentlichen
optimal zu machen und man kann somit die optimale
Größe und Ampere-Windungsverteilung der ersten Spuleneinheit
akzeptieren. Ferner wird die Größe der Ampere-Windung zweckmäßig
zur Sicherstellung einer gegebenen homogenen Magnetfeldstärke.
Wenn die Spulenanordnung zur Erzeugung einer homogenen Magnetfeldkonstruktion,
verwendet in einem supraleitenden MRI-Magneten
der aktiven Schirmbauart verwendet wird, so ist die optimale
Konstruktion die Kombination von drei Paaren von Spulen
zur Bildung einer ersten Spuleneinheit, angeordnet innerhalb
und zwei Paaren von Spulen zur Bildung einer zweiten Spuleneinheit,
angeordnet außerhalb. Darüber hinaus legt der allgemeine
optimale Zustand einer Spulenanordnung zur Erzeugung eines homogenen
Magnetfeldes die Größen und Ampere-Windungen beider Spuleneinheiten
fest, um die Axiallänge der zweiten Spuleneinheit
der Axiallänge der ersten Spuleneinheit anzupassen.
Die Radiallängen der entsprechenden diese Spuleneinheiten bildenden
Spulen sollten so nah wie möglich zueinander liegen, da
diese Spuleneinheiten in einem dafür gemeinsamen
Kältebehälter angeordnet sind. Die Differenz der Radien zwischen
der ersten Spuleneinheit und der zweiten Spuleneinheit
dient jedoch zur Löschung externer Magnetfelder. Zudem wird
dann, wenn die Differenz kleiner gemacht wird, der Löscheffekt
an den Magnetfeldern größer und somit ist eine große Ampere-Windung
erforderlich, um eine homogene Magnetfeldstärke sicherzustellen.
Infolgedessen ist es vorteilhaft, den Radius
der zweiten Spuleneinheit so weit wie möglich in dem zulässigen
Bereich der Spule zu vergrößern, um ein homogenes Magnetfeld
zu erzeugen. Das bedeutet, daß der Radius der zweiten
Spuleneinheit richtig ausgewählt werden muß. Ferner ist es
vorzuziehen, daß jede Spule, die jede Spuleneinheit bildet,
den gleichen Radius bei jeder Spuleneinheit besitzt.
Die zweite Spuleneinheit muß nicht das optimale homogene Magnetfeld
erzeugen und liegt in einem weit zulässigen Bereich
der Konstruktion der Größe. Es ist somit leicht, die Spulen
miteinander in ihrem Radius zusammenfallend zu machen. Insbesondere
ist die Bildung ähnlicher Innendurchmesser vorteilhaft
hinsichtlich Größengenauigkeit und mechanischer Festigkeit, da
die Spulen auf dem gleichen Spulenkörper vorgesehen sind.
Die erste Spuleneinheit muß die Homogenität sicherstellen, und
zwar auf Grund der Größe der die Spuleneinheit bildenden Spulen
und der Verteilung der Ampere-Windungen, da sie als eine
Spule dienen muß zur Erzeugung eines homogenen Magnetfeldes.
Der Schlüsselpunkt ist somit die Sicherstellung des zulässigen
Bereichs der Radiusgröße. Fünf Variable können variiert werden,
um die Koeffizienten der Ausdrücke bis zur zehnten Ordnung
der Magnetfeldstärkenverteilung auf Null zu reduzieren.
In Fig. 1 ist es möglich, die Ampere-Windungen der Spulen 11
und 12 als Variable anzunehmen, und zwar bezüglich der Verhältnisse
zur Ampere-Windungszahl der Spulen 11, 12 und 13 als
Variable. Somit sind die Innendurchmesser der entsprechenden
Spulen, welche die erste Spuleneinheit bilden, in ähnlicher
Weise eingestellt durch Berechnung des Optimalzustandes mit
diesen fünf Varianten, angenommen als Unbekannte.
Darüber hinaus ist es möglich, die Koeffizienten der Ausdrücke
der oben angegebenen Reihenentwicklung
bis zum zehnten Grade zu Null zu machen mit der Ampere-Windung und
Axialposition jeder Spule, welche die erste Spuleneinheit bildet,
angenommen als Variable. In Wirklichkeit ist die Ampere-Windung
jeder Spule ein Produkt des durch eine supraleitende
Leitung fließenden Stroms und der Anzahl der Windungen, die
eine ganze Zahl sein muß. Wenn ferner Windungen der Axialrichtung
und der Radialen (Richtung) zugeordnet werden, wird eine
supraleitende Leitung in rechteckigem Querschnitt derart angeordnet,
daß ein Produkt aus der Anzahl beider Windungen in der
Radialrichtung und in der Axialrichtung identisch zur Anzahl
der Windungen der Spule ist, und sodann wird der supraleitende
Draht, aufgewickelt in Axialrichtung, in Radialrichtung aufgehäuft.
Es ist somit unvermeidbar, daß die Zahl der Windungen
einer Spule ein ganzes Vielfaches der Anzahl der in Axialrichtung
zugewiesenen Wicklungen ist. Diese Einschränkung in Beziehung
stehend mit der Zahl der Windungen jeder Spule ist ein
Hindernis zur Anwendung der Optimalbedingung der ersten Spuleneinheit.
Nachdem die Anzahl der Wicklungen für jede Spule eingestellt
ist, um näher an den Optimalzustand heranzukommen, und zwar
erhalten aus der Ampere-Wicklung jeder Spule, angenommen als
eine kontinuierliche Größe und für die Anlage an jede Spule,
werden die Axialposition der fünf Paare von Spulen in der ersten
Spuleneinheit und der zweiten Spuleneinheit als Variable
eingestellt und sodann wird der Zustand für die Reduzierung
der Koeffizienten von Ausdrücken bis zur zehnten Ordnung auf
Null neu gesucht. In diesem Falle muß die Anzahl der Unbekannten
erforderlich zur Reduzierung der Koeffizienten von Ausdrücken
bis zur zehnten Ordnung auf Null fünf sein, wie oben
beschrieben. Die Tatsache, daß die Anzahl von Paaren von Spulen,
enthalten in einer Spulenanordnung zur Erzeugung eines homogenen
Magnetfeldes identisch zur oben festgestellten Zahl ist, ist
der Effekt, der dann geboten wird, wenn die zweite Spuleneinheit
durch zwei Paare von Spulen konstruiert wird.
Die Optimalbedingungssuche wird durch numerische Rechnung unter
Verendung eines Computers ausgeführt. Die verwendete
Rechnungsgenauigkeit zu dieser Zeit umfaßt effektive Ziffern
von 15, präsentiert als ein Ergebnis der Verwendung von was
man eine Doppelpräzisionsrealzahl nennt, was eine Realzahl mit
16 Bytes ausdrückt, was normalerweise für eine Hochpräzisionsberechnung
verwendet wird. Somit kann eine hinreichende Rechengenauigkeit
bei der Suche nach dem Optimalzustand für die
Sicherstellung einer Genauigkeit auf dem 1×10-6-Niveau sichergestellt
werden.
Die Suche nach dem Optimalzustand oder der Optimalbedingung
für die Reduzierung der Koeffizienten der Ausdrücke bis zur
zehnten Ordnung der Taylor'schen-Reihe, entwickelt bezüglich
der Stärkeverteilung eines Magnetfeldes auf der Symmetrieachse,
werden algebraische Mittel zur Lösung nicht-linearer Simultangleichungen
verwendet. Die Koeffizienten dieser Simultangleichungen
können als eine Form der Stärke eines Magnetfeldes
erhalten werden, erzeugt auf der Symmetrieachse durch
jede Spule oder Differentialkoeffizienten bezüglich der Koordinatenfunktion,
vorgesehen in Richtung der Symmetrieachse
dieser Stärke. Der Berechnungsausdruck der Magnetfeldstärke
ist ein Ausdruck für die Dichte des Magnetflusses, erzeugt auf
der Drehachse durch eine kreisförmige Spule. Da dieser Ausdruck
eine einfache algebraische Gleichung ist, ist es leicht,
die Berechnung der Koeffizienten der oben genannten nicht-linearen
Simultangleichungen auszuführen unter Verwendung eines
üblichen Allgemeinzweckcomputers eines sogenannten "general
purpose"-Computers. Da die nicht-linearen Simultangleichungen
ferner fünf Unbekannte enthalten, ist es möglich, die Lösungen
mit gegebener Genauigkeit zu erhalten, und zwar unter Verwendung
des Verfahrens der wiederholten Berechnung, wie beispielsweise
des Newton-Raphson-Verfahrens mit Ausnahme, daß
für ein praktisches Problem richtige Anfangswerte festgelegt
werden müssen, damit diese Lösungen nicht divergieren.
Claims (9)
1. Spulenanordnung zur Erzeugung eines homogenen Magnetfeldes
mit einer ersten Spuleneinheit (1) und einer zweiten
Spuleneinheit (2), deren Spulen symmetrisch zu einer
gemeinsamen Symmetrieachse liegen und symmetrisch zu einer
senkrecht zur Symmetrieachse verlaufenden Symmetrieebene
angeordnete Paare von Spulen bilden, bei der der minimale
Innendurchmesser der die zweite Spuleneinheit (2) bildenden
Spulen größer ist als der maximale Außendurchmesser
der die erste Spuleneinheit bildenden Spulen, und bei der
die erste Spuleneinheit (1) aus drei Paaren von Spulen
(11, 12, 13) besteht, dadurch gekennzeichnet,
daß die zweite Spuleneinheit aus zwei Paaren von Spulen (21, 22) besteht;
daß das magnetische Moment der ersten Spuleneinheit (1) in der Größe identisch und in der Richtung umgekehrt zu den entsprechenden Größen der zweiten Spuleneinheit (2) ist und
daß die erste Spuleneinheit (1) so ausgebildet ist, daß durch sie die Koeffizienten von Ausdrücken der zweiten bis zehnten Ordnung von Taylor's-Reihen, entwickelt bezüglich Axialkoordinatenvariablen der Verteilung der Magnetfelder auf der Symmetrieachse erzeugt durch die erste Spuleneinheit (1) und die zweite Spuleneinheit (2), im wesentlichen auf Null reduziert werden.
daß die zweite Spuleneinheit aus zwei Paaren von Spulen (21, 22) besteht;
daß das magnetische Moment der ersten Spuleneinheit (1) in der Größe identisch und in der Richtung umgekehrt zu den entsprechenden Größen der zweiten Spuleneinheit (2) ist und
daß die erste Spuleneinheit (1) so ausgebildet ist, daß durch sie die Koeffizienten von Ausdrücken der zweiten bis zehnten Ordnung von Taylor's-Reihen, entwickelt bezüglich Axialkoordinatenvariablen der Verteilung der Magnetfelder auf der Symmetrieachse erzeugt durch die erste Spuleneinheit (1) und die zweite Spuleneinheit (2), im wesentlichen auf Null reduziert werden.
2. Spulenanordnung zur Erzeugung eines homogenen Magnetfeldes
nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Axiallänge (L₂) der zweiten Spuleneinheit (2) im wesentlichen
gleich der der ersten Spuleneinheit (1) ist.
3. Spulenanordnung zur Erzeugung eines homogenen Magnetfeldes
nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale
Länge (L₂) der zweiten Spuleneinheit (2) größer
ist als die der ersten Spuleneinheit (1).
4. Spulenanordnung zur Erzeugung eines homogenen Magnetfeldes
nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Spulen (11, 12, 13) der drei Paare
der ersten Spuleneinheit (1)
und die Spulen (21, 22) der zwei Paare
der zweiten Spuleneinheit (2) jeweils gleiche
Innendurchmesser besitzen.
5. Spulenanordnung zur Erzeugung eines homogenen Magnetfeldes
nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
die zweite Spuleneinheit (2) die Koeffizienten von Ausdrücken
der zweiten bis sechsten Ordnung von Taylor's-Reihen,
entwickelt bezüglich der Axialkoordinatenvariablen der
Verteilung der Magnetfelder auf der Symmetrieachse,
erzeugt allein durch die zweite Spuleneinheit (2) auf Null
reduziert.
6. Spulenanordnung zur Erzeugung eines homogenen Magnetfeldes
nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite
Spuleneinheit (2) die Koeffizienten von Ausdrücken der zweiten
bis sechsten Ordnung von Taylor's-Reihen, entwickelt
bezüglich der Axialkoordinatenvariablen der Verteilung der
Magnetfelder auf der Symmetrieachse, erzeugt allein durch
die zweite Spuleneinheit (2), nicht auf null reduziert.
7. Spulenanordnung zur Erzeugung eines homogenen Magnetfeldes
nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
die erste Spuleneinheit (1) elektrisch mit der zweiten
Spuleneinheit (2) in Serie geschaltet ist.
8. Spulenanordnung zur Erzeugung eines homogenen Magnetfeldes
nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
die die erste Spuleneinheit (1) bildenden drei Paare von
Spulen (11, 12, 13) und die die zweite Spuleneinheit (2) bildenden zwei
Paare von Spulen (21, 22) jeweils elektrisch in Serie geschaltet
sind.
9. Spulenanordnung zur Erzeugung eines homogenen Magnetfeldes
nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, daß
die die erste Spuleneinheit (1) bildenden drei Paare von
Spulen (11, 12, 13) und die die zweite Spuleneinheit (2) bildenden zwei
Paare von Spulen (21, 22) jeweils elektrisch parallel geschaltet
sind.
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP62215778A JPS6458247A (en) | 1987-08-29 | 1987-08-29 | Uniform magnetic field coil |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE3829175A1 DE3829175A1 (de) | 1989-03-16 |
DE3829175C2 true DE3829175C2 (de) | 1994-04-21 |
Family
ID=16678072
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE3829175A Expired - Fee Related DE3829175C2 (de) | 1987-08-29 | 1988-08-28 | Spulenanordnung zur Erzeugung eines homogenen Magnetfelds |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US4890082A (de) |
JP (1) | JPS6458247A (de) |
DE (1) | DE3829175C2 (de) |
GB (1) | GB2209223B (de) |
Families Citing this family (24)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2527554B2 (ja) * | 1987-03-23 | 1996-08-28 | 大阪府 | 超電導磁気遮蔽体 |
JPH0632641B2 (ja) * | 1988-12-14 | 1994-05-02 | 株式会社日立メディコ | 傾斜磁場コイル装置 |
DE3907927A1 (de) * | 1989-03-11 | 1990-09-20 | Bruker Analytische Messtechnik | Magnetsystem |
IL90050A (en) * | 1989-04-23 | 1992-07-15 | Elscint Ltd | Integrated active shielded magnet system |
DE3914243A1 (de) * | 1989-04-29 | 1990-10-31 | Bruker Analytische Messtechnik | Magnetsystem mit supraleitenden feldspulen |
US5220302A (en) * | 1990-01-22 | 1993-06-15 | The University Of Texas System Board Of Regents | Nmr clinical chemistry analyzer and method of forming a shield |
NL9001300A (nl) * | 1990-06-08 | 1992-01-02 | Koninkl Philips Electronics Nv | Magneetstelsel voor magnetische resonantie. |
US5077782A (en) * | 1990-11-21 | 1991-12-31 | Sprint International Communications Corp. | External analog loopback |
JPH04240440A (ja) * | 1991-01-23 | 1992-08-27 | Toshiba Corp | Mri装置用マグネット |
GB2257521B (en) * | 1991-07-04 | 1995-10-04 | Magnex Scient Limited | Electromagnets |
EP0535735A1 (de) * | 1991-10-03 | 1993-04-07 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Kernspinresonanzgerät mit abgeschirmten Magneten |
JP2727877B2 (ja) * | 1992-07-15 | 1998-03-18 | 株式会社日立製作所 | 核磁気共鳴装置用マグネットのコイル構成方法 |
US5428292A (en) * | 1994-04-29 | 1995-06-27 | General Electric Company | Pancake MRI magnet with modified imaging volume |
JP3556052B2 (ja) * | 1995-07-27 | 2004-08-18 | 株式会社東芝 | 磁気共鳴イメージング装置 |
GB2307046B (en) * | 1995-11-09 | 2000-04-12 | Elscint Ltd | Single former active shield magnets |
US5818319A (en) * | 1995-12-21 | 1998-10-06 | The University Of Queensland | Magnets for magnetic resonance systems |
US5568102A (en) * | 1996-02-20 | 1996-10-22 | General Electric Company | Closed superconductive magnet with homogeneous imaging volume |
US5594401A (en) * | 1996-02-20 | 1997-01-14 | General Electric Company | Closed superconductive magnet with uniform imaging volume |
US5721523A (en) * | 1996-08-26 | 1998-02-24 | General Electric Company | Compact MRI superconducting magnet |
AUPO841397A0 (en) * | 1997-08-05 | 1997-08-28 | University Of Queensland, The | Compact magnets for high field magnetic resonance |
US7212004B2 (en) * | 2005-07-19 | 2007-05-01 | Magnetica Limited | Multi-layer magnet |
PL393899A1 (pl) * | 2011-02-09 | 2012-08-13 | Politechnika Poznańska | Sposób wytwarzania pól magnetycznych o dużej jednorodności w obrębie badanego obiektu i kompensacja zewnętrznego pola rozproszonego i układ do jego realizacji |
WO2015005109A1 (ja) | 2013-07-09 | 2015-01-15 | 株式会社 日立メディコ | 磁場調整支援装置、磁場調整支援方法、mri装置および磁石装置 |
CN114200360B (zh) * | 2021-11-10 | 2023-08-15 | 北京自动化控制设备研究所 | 三维线圈磁场均匀性测试方法及系统 |
Family Cites Families (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3287630A (en) * | 1964-03-02 | 1966-11-22 | Varian Associates | Apparatus for improving the uniformity of magnetic fields |
US4385277A (en) * | 1980-01-21 | 1983-05-24 | The Oxford Instruments Group Limited | Topical nuclear magnetic resonance spectrometer and method |
NL8303533A (nl) * | 1983-10-14 | 1985-05-01 | Koninkl Philips Electronics Nv | Kernspinresonantie apparaat. |
US4587504A (en) * | 1983-11-11 | 1986-05-06 | Oxford Magnet Technology Limited | Magnet assembly for use in NMR apparatus |
JPS60217608A (ja) * | 1984-04-12 | 1985-10-31 | Fuji Electric Corp Res & Dev Ltd | 均一磁場コイル |
GB8410972D0 (en) * | 1984-04-30 | 1984-06-06 | Oxford Magnet Tech | Magnet assembly |
EP0238909B1 (de) * | 1986-03-19 | 1990-08-29 | Siemens Aktiengesellschaft | Grundfeldmagnet für bildgebende Einrichtungen der Kernspinresonanz-Technik |
JP2643384B2 (ja) * | 1988-02-03 | 1997-08-20 | 富士電機株式会社 | 超電導マグネット |
JPH0698344A (ja) * | 1992-09-11 | 1994-04-08 | Canon Inc | ホワイトバランス制御装置 |
-
1987
- 1987-08-29 JP JP62215778A patent/JPS6458247A/ja active Granted
-
1988
- 1988-08-24 US US07/235,934 patent/US4890082A/en not_active Expired - Fee Related
- 1988-08-25 GB GB8820216A patent/GB2209223B/en not_active Expired - Lifetime
- 1988-08-28 DE DE3829175A patent/DE3829175C2/de not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
GB2209223A (en) | 1989-05-04 |
GB2209223B (en) | 1991-10-02 |
US4890082A (en) | 1989-12-26 |
JPH0554977B2 (de) | 1993-08-13 |
DE3829175A1 (de) | 1989-03-16 |
GB8820216D0 (en) | 1988-09-28 |
JPS6458247A (en) | 1989-03-06 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE3829175C2 (de) | Spulenanordnung zur Erzeugung eines homogenen Magnetfelds | |
DE1946059C3 (de) | Spulenanordnung zur Feldhomogenisierung | |
DE3203215C2 (de) | ||
DE69636849T2 (de) | Supraleitende magnetvorrichtung | |
DE4424580C2 (de) | NMR-Scheibenspule | |
DE3123493C2 (de) | ||
EP0586983B1 (de) | Gradientenspulen für Therapietomographen | |
DE1764564B2 (de) | Vorrichtung zur erzeugung eines homogenen magnetfeldes | |
DE4142263C2 (de) | Gradientenspulensystem | |
DE3900725C2 (de) | ||
DE19527020C1 (de) | Tesserale Gradientenspule für Kernspintomographiegeräte | |
DE3514818A1 (de) | Spulenanordnung zur erzeugung eines magnetfelds | |
DE3903275A1 (de) | Supraleitender magnet | |
DE19821739C1 (de) | Mobiles Kernspinresonanzgerät | |
CH649647A5 (de) | Supraleitende spule fuer eine kernresonanzeinrichtung. | |
WO2012156278A1 (de) | Vorrichtung zum erzeugen eines homogenen magnetfelds | |
DE2136237B2 (de) | Kernresonanzmagnetometer | |
EP0238909B1 (de) | Grundfeldmagnet für bildgebende Einrichtungen der Kernspinresonanz-Technik | |
DE19628363A1 (de) | MR-Anordnung | |
DE4418518A1 (de) | Leistungsgenerator mit einem Transformator | |
DE4210217A1 (de) | Verfahren zum Bau einer optimierten Magnetspulenanordnung | |
DE3824042C2 (de) | ||
DE3534383C2 (de) | ||
DE955535C (de) | Elektromagentisches Ablenksystem zur Ablenkung von Elektronenstrahlen in zwei zueinander senkrechten Richtungen | |
DE2917226C3 (de) | Verzögerungsleitung mit gekoppelten Hohlräumen und Umlaufkühlung |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
8125 | Change of the main classification |
Ipc: G01R 33/20 |
|
D2 | Grant after examination | ||
8364 | No opposition during term of opposition | ||
8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |