DE69929857T2 - Magnetpolfläche mit niedrigen Wirbelströmen und reduzierter Hysterese in Magnetresonanzabbildungsverfahren - Google Patents

Magnetpolfläche mit niedrigen Wirbelströmen und reduzierter Hysterese in Magnetresonanzabbildungsverfahren Download PDF

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Description

  • Diese Erfindung betrifft Magnetresonanz-(MR)-Bildgebung und insbesondere Polflächen offener Magnete, die in der MR-Bildgebung verwendet werden.
  • Typischerweise wird bei der Magnetresonanz-(MR)-Bildgebung ein Patient in einen "geschlossenen" zylindrisch geformten Magneten eingeführt. Diese Anordnung ermöglicht dem Arzt keinen Zugang zu dem Patienten zur Ausführung interaktiver Prozeduren während der Bildgebung.
  • "Offene" Magnete wurden eingesetzt, um einen Zugang zu dem Patienten während der Bildgebung zu schaffen. Diese leiden jedoch unter den Problemen einer Erzeugung starker, gleichmäßiger, homogener Magnetfelder über einem Bildgebungsvolumen, insbesondere wenn sich zeitlich verändernde Magnetfeldgradienten angewendet werden.
  • Wenn ferromagnetische Materialien verwendet werden, wird die Oberfläche des offenen Magneten, der das Magnetfeld aussendet, als eine Polfläche bezeichnet. Sie empfängt einen Magnetfluss aus einer daran angeschlossenen magnetischen Quelle. Die magnetischen Quellen können oder können nicht mit einem ferromagnetischen Flussrückschluss mit niedriger Reluktanz (hoher magnetischer Permeabilität) verbunden sein, welcher einen "C"-förmigen Flusspfad vervollständigt.
  • Probleme entstehen, wenn an die Polflächen ein sich rasch zeitlich veränderndes Magnetfeld angelegt wird. Da die Pole aus elektrisch leitenden Materialien aufgebaut sind, werden Wirbelströme erzeugt, welche wiederum Magnetfelder erzeugen, die dem angelegten Magnetfeld entgegenwirken.
  • Das Anlegen eines sich zeitlich verändernden Magnetfeldes bewirkt auch die Erzeugung eines sekundären Restmagnetfeldes in dem Polflächenmaterial, welches zurückbleibt, nachdem ein angelegtes Magnetfeld entfernt wird. Dieses wird durch die Hysterese des Materials beschrieben.
  • Sowohl Wirbelströme als auch die Restmagnetisierung verzerren das Magnetfeld und daher das von diesem Magnetfeld erzeugte Bild.
  • Das U.S. Patent Nr. 5,283,544 Sakurai et al., 1. Februar 1994 (entsprechend zu EP-A-0 479 514), erläutert eine auf die Reduzierung von Wirbelströmen abzielende Vorrichtung in einer offenen MR-Bildgebungsvorrichtung, indem der Pfad des Wirbelstroms minimiert wird. Diese Vorrichtung verwendet Polflächen, die aus Blöcken aufgebaut sind. Die Wirbelströme fließen nicht um die gesamte Polfläche herum, sondern lediglich in jedem Block einzeln.
  • Sakurai baute auch Blöcke aus Laminatblechen auf, die zu dem induzierten zeitlich veränderlichen Magnetfeld parallel ausgerichtet sind. Dieses ermöglicht eine größere Permeabilität des Magnetflusses in einer Richtung parallel zu den Laminatblechen.
  • Die Konstruktion von Sakurai reduzierte die Wirbelströme und die Restmagnetisierung, wobei jedoch diese Effekte noch weiter reduziert und die Bildgebung weiter verbessert werden kann.
  • Derzeit besteht eine Notwendigkeit, den induzierten Wirbelstrom und die Restmagnetisierung in offenen MR-Bildge bungsmaschinen weiter zu reduzieren, um Artefakte in den erzeugten Bildern zu reduzieren.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein offenes Magnetresonanz-(MR)-Bildgebungssystem geschaffen, welches reduzierte Artefakte aufgrund der Reduzierung der Wirbelströme und der Restmagnetisierung zeigt. Es besteht aus ferromagnetischen Polstücken mit jeweils einer Polfläche, die ein Bildgebungsvolumen begrenzen. Diese Flächen sind im Wesentlichen zueinander parallel. Da sich zeitlich rasch verändernde Magnetfelder durch Gradientenspulen angelegt werden, um das angelegte statische Magnetfeld zu verändern, liegen Wirbelströme vor, die in das leitende Material der Polstücke induziert werden. Da das verwendete Material auch Restmagnetisierung zeigt, folgt der magnetische Fluss nicht genau dem angelegten Gradientenfeld. Um diese Probleme zu korrigieren, sind die Polstücke aus mehreren Blöcken aufgebaut, welche aus Laminatblechen bestehen.
  • Jedes dieser Bleche wird durch ein nicht-leitendes Substrat getrennt und damit zusammengehalten. Die Bleche sind im Wesentlichen so zu den Polflächen parallel ausgerichtet, dass der Großteil des Magnetflusses, welcher parallel zu der Polfläche fließt, am wenigsten durch Wirbelströme in dem leitenden Material behindert wird. Dieser Teil des angelegten Magnetfeldgradienten erzeugt Wirbelströme, welche durch die Dicke jedes der Laminatbleche zirkulieren. Aufgrund des kleineren Pfades der Wirbelströme sind die Zeitkonstanten für deren Abklingen stark reduziert, und daher klingen die Wirbelströme wesentlich rascher als in einem ein Polstück ab, welches keine Laminatbleche verwendet.
  • Der Teil des senkrecht zu dem Blech angelegten Magnetfeldgradienten erzeugt Wirbelströme, welche um den Umfang von jedem der Laminatbleche zirkulieren. Der Wirbelstrom und die Zeitkonstanten für dessen Abklingen werden durch die Abmessungen der Oberfläche des Blockes bestimmt, kleinere Blöcke ermöglichen, dass die Wirbelströme wesentlich rascher abklingen, als ein aus zusammenhängenden Blechen aufgebautes Polstück.
  • Die tatsächliche Größe und Trennung dieser Blöcke in einer gegebenen Richtung beeinflusst auch den Grad des Magnetflusses durch das Polstück in dieser Richtung. Eine größere Trennung zwischen den benachbarten Blöcken bewirkt einen reduzierten Magnetfluss parallel zu den Schichten.
  • Ferner können mehrere Blockschichten verwendet werden. Der Abstand zwischen den Schichten ist ebenfalls bei der Bewirkung des Magnetflusses durch die Polstücke wichtig. Je größer der Abstand zwischen den Schichten ist, desto kleiner ist der magnetische Fluss senkrecht zu den Schichten.
  • Durch teilweises Überlappen der Blöcke in benachbarten Schichten ist der relative Anteil des Magnetflusses senkrecht und parallel zu den Schichten bestimmbar. Dieses ist ein Verfahren zum Optimieren des Verhaltens zwischen der magnetischen Quelle und dem Magnetfeldgradienten.
  • Da viele Materialien eine polykristallene Struktur haben, welche eine Änderung in der Restmagnetisierung behindert, wurde entschieden, amorphes Material zu verwenden, welches nur eine sehr geringe oder überhaupt keine Kristallitstruktur besitzt. Materialien wie z.B. Fe-B (Beispiel Fe80B20), Fe-B-Si, Fe-B-Si-C, Fe-Ni-B können zusammen mit weiteren bekannten amorphen ferromagnetischen Materialien als Laminatbleche für jeden der Blöcke der Polstücke verwendet werden.
  • Es liegen im Allgemeinen unterhalb des Laminatblechbereichs eine darunterliegende ferromagnetische Unterstützungsstruktur und Polstücke vor. Dieser Bereich weist ebenfalls ein Koerzitivfeld auf, das üblicherweise größer als das der Laminationen ist. Wenn das sich zeitlich verändernde Feld des Gradienten ausreichend stark ist, um die Laminationsschicht (Polfläche) zu durchdringen, kann sich dann der Restmagnetisierungszustand dieses Polstücks verändern. Diese Restmagnetisierung führt wiederum zu einem Vormagnetisierungsfeld und ergibt einen zusätzlichen Beitrag zu der Bildverzerrung. Eine Kontrolle der magnetischen Eigenschaften dieses Substratmaterials ist ebenfalls wichtig, um eine gute Bildgebungsqualität sicherzustellen.
  • Es ist eine Aufgabe der Erfindung, Artefakte in Bildern zu reduzieren, die mit einem offenen MR-Bildgebungssystem erzeugt werden.
  • Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung eines MR-Bildgebungssystems, welches Bilder höherer Qualität erzeugt als herkömmliche Systeme.
  • Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung einer Polfläche für ein offenes MR-Bildgebungssystem, das verringerte Wirbelströme zeigt.
  • Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Polfläche für ein offenes MR-Bildgebungssystem zu schaffen, das eine reduzierte Restmagnetisierung zeigt.
  • Die Erfindung wird am besten durch Bezugnahme auf die nachstehende Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen ersichtlich, in welchen:
  • 1 ist eine schematische Darstellung eines Abschnittes eines mit der vorliegenden Erfindung kompatiblen "offenen" Magnetresonanz-(MR)-Bildgebungssystems.
  • 2 ist eine perspektivische Darstellung von in einer herkömmlichen Polfläche induzierten Wirbelströmen.
  • 3 ist eine grafische Darstellung einer Hysterese verschiedener Materialien, die eine Restmagnetisierung zeigen.
  • 4 stellt die Auswirkung der Richtung des Magnetflusses auf einen Laminatblock dar.
  • 5 stellt den Magnetfluss um Blöcke gemäß der vorliegenden Erfindung dar.
  • 6 ist eine Draufsicht auf eine Ausführungsform einer gemäß der vorliegenden Erfindung aufgebauten Polfläche.
  • 7 ist eine Aufrissansicht einer Ausführungsform einer gemäß der vorliegenden Erfindung aufgebauten Polfläche.
  • In den 1 und 7 ist ein "offener" Magnet eines Magnetresonanz-(MR)-Bildgebungssystems 10 dargestellt. Er enthält eine magnetische Erregungseinrichtung 16, 18 mit wenigstens einer Erregungsspule 22, 24, welche einen magnetischen Fluss in benachbarte Polstücke 11, 13 liefert. Dieser magnetische Fluss tritt in die Polflächen 15, 17 ein. Die Erre gungseinrichtung 16, 18 erzeugt ein Magnetfeld, welches einen Magnetfluss B0 erzeugt, der durch die Polflächen 15 und 17 fließt.
  • Ein Satz von Gradientenspulen 19 und 21 erzeugt ein sich zeitlich veränderndes Magnetfeld B, welches, wenn es mit dem statischen Hauptfeld B0 kombiniert wird, einen Magnetfeldgradienten über einem Bildgebungsvolumen 23 erzeugt.
  • Der Magnetfluss B0 kann dann nach dem Durchtritt durch das Bildgebungsvolumen 23 durch die Flussrückführungsstruktur 25 fließen, welche die zwei Seiten des offenen Magneten verbindet.
  • In 2 ist ein Beispiel einer Polfläche 15 und einer Gradientenspule 19 mit einem dadurch in der angegebenen Richtung fließenden Strom I dargestellt. Aufgrund der Rechte-Hand-Regel erzeugt der Strom I einen Magnetfluss B, welcher durch den Mittelpunkt der Schleife gemäß Darstellung in Figur verläuft. Dieser magnetische Fluss induziert dadurch einen Wirbelstrom I' gemäß Darstellung durch die gepunktete Linie. Der Wirbelstrom I' erzeugt ein weiteres Magnetfeld, welches zu dem magnetischen Fluss B' entgegengesetzt ist. Dieses reduziert den Effekt des magnetischen Flusses B und bewirkt daher Störungen in dem Bildgebungsmagnetfeld und in dem Magnetfeldgradienten. In einer Struktur mit begrenzter elektrischer Leitfähigkeit verteilen sich die Wirbelströme und fallen mit der Zeit ab. Dieses bewirkt daher Artefakte in dem Bild, welche von dem homogenen Magnetfeldgradienten abhängen. Je größer die Oberfläche ist, desto länger ist die Abfallzeit im Quadrat der kleinsten Abmessung.
  • In 3 ist ein Darstellung des Hystereseeffektes verschiedener Materialien gezeigt. Wenn ein Magnetfeld H auf ein Material einwirkt, bewirkt es einen bestimmten Magnetisierungsgrad M. Wenn ein Material, wie z.B. ein Permanentmagnet, dem angelegten Magnetfeld H unterworfen wird, ist der sich ergebende Magnetismus M in einer Vorwärtsrichtung durch einen Pfad 31 dargestellt. Wenn das Magnetfeld H in der entgegengesetzten Richtung angelegt wird, folgt die Magnetisierung M dem Pfad 33. Der Grad der Magnetisierung M eines Materials, wenn sie die M-Achse durchquert, wird als die "Restmagnetisierung" bezeichnet. Dieses Material ist durch einen Punkt 35 gekennzeichnet.
  • Ein weiteres magnetisches Material ist durch die Kurve 37, 39 dargestellt. Die Pfade 37 und 39 zeigen eine niedrigere Restmagnetisierung 41.
  • Relativ beschreiben die Pfade 31, 33 ein "hart"-magnetisches Material im Vergleich zu den Pfaden 37, 39.
  • Die Restmagnetisierung ist ein Ergebnis von Koerzitiveffekten in dem magnetischen Material. Diese Koerzitiveffekte werden bei sich rasch ändernden angelegten Magnetfeldern, die auch in der Polarität wechseln, sehr wichtig. Sie stellen auch die Magnetisierungsrelaxation auf ein Gleichgewicht ein, wenn eine Feldkomponente entfernt wird.
  • In jedem Bereich eines ferromagnetischen Materials befindet sich die lokale Magnetisierung an ihrem maximalen oder "gesättigten" Wert. Diese lokalen Bereiche, in welchen die Magnetisierung insgesamt parallel ist, werden als "Domänen" bezeichnet. Der dünne Unterteilungsbereich zwischen Domänen, in welchen sich die Magnetisierungsrichtung unterscheidet, wird als "Domänenwand" bezeichnet. Die Änderung in der mittleren Magnetisierung als Folge eines angelegten Feldes beruht auf der Bewegung dieser Domänenwände. Die Bewegung dieser Wände wird durch Defekte in dem Material wie z.B. Löcher, Einschlüsse und die Grenzflächen kleiner Kristallite behindert. Das zum Bewegen dieser Wände erforderliche Feld ist durch ein äquivalentes "Koerzitiv"-Feld gekennzeichnet, welches üblicherweise mit HC bezeichnet wird. Die Wandbehinderung führt zu einer Hysterese nach einer Änderung des Magnetfeldes mit dem Ergebnis, dass der "Restmagnetisierungs"-Zustand, in welchem die mittlere Magnetisierung nach einer Feldänderung verbleibt, von der Anfangsmagnetisierung und dem zeitlichen Verlauf des Magnetfeldes abhängt. Das durch diese Restmagnetisierung erzeugte externe Magnetfeld kann das Bildgebungsfeld in einem MR-Bildgebungssystem von seinen gewünschten Werten abweichen lassen, was zu Bildgebungsartefakten führt.
  • Die Bewegung dieser Domänenwände wird auch durch die lokalen Wirbelströme gedämpft, die durch den Wechsel in der lokalen Magnetisierung erzeugt werden, sobald sich die Wand bewegt. Dieses führt zu einer Verzögerung in der magnetischen Änderung, wenn das Feld eingeschaltet wird und zu einer Relaxation in der Magnetisierung, wenn das treibende Feld entfernt wird. Diese beiden Effekte müssen kompensiert werden, um Bildartefakte zu minimieren.
  • Eines der Hauptziele in der offenen MR-Bildgebung besteht in der Reduzierung der Restmagnetisierung dergestalt, dass diese Gradienten genau und schnell angelegt werden können.
  • 4 stellt einen Laminatblock 41 dar, der aus einem Stapel von Laminatblechen 47 aufgebaut ist, welche jeweils durch ein nicht-leitendes Substrat 49 getrennt und damit zusammengehalten werden. Dieses nicht-leitende Substrat kann ein Epoxid oder ein anderer üblicherweise verwendeter elektrischer Isolator sein. Der Prozentsatz des aus Laminatblechen 47 aufgebauten Blockes in Bezug auf die Gesamtmasse des Blockes 41 wird als ein "Füllfaktor" bezeichnet. Der Füllfaktor kann unter Berücksichtigung der Dielektrizitätskonstante sowohl des Materials des Bleches 47 als auch des Materials des Substrats 49 eingestellt werden, um einen Block mit einer gewünschten Permeabilität zu realisieren. Dieses kann durch die Materialien und den Füllfaktor beschrieben werden. Typischerweise erzeugt unter Verwendung von Epoxid als Substrat 49 und Eisenborsilizium (Fe-B-Si) für die Bleche 47 ein Füllfaktor von etwa 84 Prozent gute Ergebnisse.
  • Ein Magnetfeldfluss B wird senkrecht zu den Blechen 47 des Blocks 41 angelegt. In dieser Geometrie wird ein Wirbelstrom Ie induziert, welcher wie in der Figur dargestellt fließt. Der Betrag des induzierten Stroms Ie liegt in der Nähe des Maximums für dessen Geometrie.
  • Wenn jedoch der Magnetfluss B1 an dem Block 41 in einer Richtung parallel zu den Laminatblechen 37 angelegt wird, wobei jedes Blech 47 elektrisch von den anderen durch das Substratmaterial 49 isoliert ist, liegt nur ein sehr kleiner Pfad für den Wirbelstrom I'e vor, um um den Fluss B1 herum zu wandern. Da der Pfad durch den Wirbelstrom wesentlich kleiner ist, ist die Wirbelstromabklingenszeit t wesentlich kleiner. Dieses bewirkt, dass sich der Wirbelstrom Ie wesentlich schneller verringert, als wenn er in der Richtung des Flusses B angelegt würde.
  • Wenn jedes von den Blechen 47 des Blockes 41 aus einem Material aufgebaut ist, welches eine sehr kleine oder keine Kristallitstruktur besitzt, liegt ein weniger großer magnetischer Ausrichtungseffekt vor, als es der Fall in einem Material wäre, welches aus großen zufälligen Kristallen besteht. Die kleine, zufällige Kristallorientierung wird als amorph bezeichnet.
  • Amorphe Materialien reduzieren aufgrund ihrer Natur sowohl den Effekt von Wirbelströmen als auch den der Restmagnetisierung.
  • Das verwendete Material sollte ein amorphes Material sein und einige, welche ein ausgezeichnetes Verhalten zeigen, sind Eisenborsilizium, Fe-B-Si, Eisenborphosphor, Fe-B-P, und Phosphorkohlenstoff (Fe-P-C). Diese können als amorph betrachtet werden, da sie eine sehr kleine oder keine Kristallite Struktur und sehr niedrige Koerzitiveffekte aufweisen. Amorphe Materialien werden ebenfalls verwendet, da sie dazu verwendet werden können, um leicht sehr dünne Laminatbleche aufzubauen.
  • Amorphe Materialien können auch weitere erwünschte Eigenschaften haben. Deren elektrischer Widerstand ist üblicherweise höher als der nahe verwandter kristalliner Legierungen, um dadurch weiter Wirbelströme zu dämpfen.
  • Die Verwendung von Bor oder Phosphor um den amorphen metallischen Zustand zu erhalten, erzeugt oft eine dünne isolierende Glasbeschichtung als Folge der Oxidation der Oberfläche während des Gießprozesses. Diese Oxidation wirkt als eine zusätzliche Isolierung zwischen den Schichten der Laminatbleche.
  • Die Blöcke 41 der Polflächen sind so ausgelegt, dass sie eine Reaktion auf einen Magnetfluss in einer Richtung parallel zu den Laminatblechen 47 aufweisen, und dass sie eine unterschiedliche Reaktion auf einem Magnetfluss senkrecht zu den Laminatblechen 47 aufweisen. Sie haben eine anisotrope Frequenzreaktion auf den Magnetfluss in einer Richtung parallel zu den Laminatblechen 47 und einen Magnetfluss senkrecht zu jedem Blech von den Laminatblechen 47. Dieses wird erreicht, indem Laminatbleche mit einer Hautdicke im Material erzeugt werden, die so ausgelegt sind, dass die gesamten oder Haupteigenschaften mit den gewünschten Bereichen konsistent sind.
  • Beispielsweise hängen die effektive Dielektrizität und die effektive Permeabilität nicht nur von der Dicke der Laminatbleche 47, sondern auch von dem Material der Laminatbleche 47 und der Dielektrizität des Substratmaterials zwischen den Laminatblechen ab. Dieses kann in Form eines Füllfaktors beschrieben werden, welcher der Prozentsatz der Laminatbleche in Bezug auf den Gesamtanteil und die Menge des Substrates ist, welche den Rest des Prozentsatzes bilden.
  • Typischerweise sollte die Laminatblechdicke geringer als die "Eindringtiefe" sein. Die Eindringtiefe ist durch die maximale gewünschte Betriebsfrequenz in Verbindung mit den Wellenformen der sich zeitlich verändernden Magnetfeldgradienten bestimmt, die in der MR-Bildgebung eingesetzt werden. Die Eindringtiefe ist proportional zu der Quadratwurzel der Frequenz. Beispielsweise kann eine Eindringtiefe 0,127 mm (0,005 Inches) sein.
  • Die maximale Frequenz steht in Bezug zu der Form und der Steilheit eines gewünschten angelegten Magnetfeldgradienten. Die höchsten Fourier-Frequenzkomponenten, welche eine Magnetgradienten-Wellenform bilden, bestimmen die maximale Frequenz, und somit die Eindringtiefe. Wenn die Ecken der Wellenform nicht sehr scharf sein müssen, sind die normalen Betriebsfrequenzen niedriger. Je höher die Frequenz, desto dünner müssen die Laminatbleche sein.
  • Typischerweise liegen MRI-Bildgebungsfrequenzen in der Größenordnung von 10 kHz. Typische Materialien, die für das Substrat verwendet werden, können ein Epoxid mit einer Dielektrizitätskonstante von 3 sein.
  • Die Blöcke 41 werden dann so ausgerichtet, dass der Großteil des sich ändernden Magnetfeldflusses parallel zu jedem der Bleche ist.
  • Nicht nur der Aufbau und die Materialien der Blöcke 41 sind wichtig, sondern auch die Größe und der Abstand der Blöcke werden bei der Maximierung des Flusses durch die Polflächen des offenen Magneten wichtig. In 5 sind zwei Blöcke 41 angrenzend zueinander mit Räumen 61, 63 zwischen diesen dargestellt. Je kleiner die Blöcke sind, desto größer ist die Reduzierung der Wirbelströme. Kleinere Blöcke führen jedoch zu einer größeren Anzahl von Blöcken mit mehr Spalten zwischen diesen. Da Luftspalte eine größere Reluktanz als die Blöcke haben, liegt eine größere Reluktanz für den Magnetfluss und eine kleine Permeabilität vor.
  • Daher können durch Wählen von Blöcken mit Laminatblechen mit zweckmäßiger Dicke und zweckmäßigen Materialien, welche durch ein Substrat mit zweckmäßiger Dicke und Material ge trennt sind, eine effektive Elektrizität und Permeabilität erreicht werden. Indem diese Blöcke voneinander in zweckmäßigem Abstand gehalten werden, kann der maximale Fluss in einer Richtung parallel zu den Laminatblechen 47 erzielt werden. Dieses erhöht effektiv den relativen Fluss in einer Richtung parallel zu den Blechen im Vergleich zu einem Fluss senkrecht zu den Blechen, um dadurch die Wirbelströme zu reduzieren.
  • Durch teilweises Überlappen der Blöcke in benachbarten Schichten wird der relative Betrag des Magnetflusses senkrecht und parallel zu den Schichten gesteuert. Dieses ist ein Verfahren zum Optimieren des Verhaltens zwischen der Magnetquelle und dem Magnetfeldgradienten.
  • Typischerweise erfolgt eine Bildgebung in Zylinderkoordinaten, wobei die Z-Achse mit der Achse des bildgebenden Magnetzylinders zusammenfällt. Daher sind die X- und Y-Koordinaten lediglich die linken, rechten Auf- und Abwärtsrichtungen und können für Bildgebungszwecke dieselben sein. Aufgrund dieser Bedingungen sollte die Größe jedes Blockes eine Länge, Breite (X, Y-Abmessungen) aufweisen, welche kleiner als ein Viertel der Wellenlänge der maximalen gewünschten Betriebsfrequenz ist. Dasselbe gilt auch für den gesamten Laminatblechbereich, wenn die Dielektrizitätskonstante und Reluktanz zwischen den Blöcken 41 berücksichtigt wird.
  • Die gewählten Materialien sind ebenfalls von der Art, welche Wirbelströme und Restmagnetisierung verringert. Es kann ein Kompromiss zwischen der Auswahl von Materialien mit höherem spezifischen Widerstand und geringerer Permeabilität vorliegen, da sie zueinander gegenläufig sein können.
  • 6 stellt eine Draufsicht auf eine Polfläche gemäß der vorliegenden Erfindung dar. Jeder von den Blöcken 41 ist hier als ein quadratischer Block dargestellt, wobei sie jedoch rechteckig sein können oder eine andere Form aufweisen können. Der Abstand zwischen den Blöcken 61 und 63 ist bei der Erzeugung des geeigneten Magnetflusses in Richtungen sowohl senkrecht zu der Fläche des Blockes als auch entlang der Richtung des Blockes wichtig.
  • 7 stellt eine Aufrissansicht dar, welche eine Erregungseinrichtung 16, 18 mit Erregungsspulen 22, 24 und einem Polstück 11, 13 darstellt, welche zu Reihen von Blöcken 41 benachbart sind. Gradientenspulen 19, 21 befinden sich an einer zum Bildgebungsvolumen 23 näheren Stelle als die Polflächen 15, 17.
  • Der Abstand zwischen den Blöcken 61, 63 ist hier aus der Sicht der Polfläche dargestellt. Die Blöcke 41 können in mehreren Schichten 73 angeordnet sein. Der Abstand zwischen Schichten 73 der Blöcke 41 ist ebenfalls bei der Erzeugung eines korrekten Flusses parallel zu den Laminatschichten 47 des Blocks 41 wichtig.
  • In einer alternativen Ausführungsform können Flussschilde 12, 14 zwischen den Polflächen 15, 17 und den Polstücken 11, 13 vorliegen, welche niedrigere Koerzitivfeldstärken als die Polstücke 11, 13 haben. Dieser ist bevorzugt ein geglühtes festes Teil aus Siliziumeisen. Der Zweck des Schirms 12, 14 besteht darin, das Eindringen des Gradientenflusses (des sich zeitlich verändernden Magnetfeldes) aus den MR-Gradientenspulen in die Polstücke 11, 13 zu minimieren. Dieses bewirkt eine Vormagnetisierung des Materials in den Polstücken 11, 13, um die Restmagnetisierung der Polstücke 11, 13 zu mini mieren. Ein übliches Material ist Vanadium PermendurTM, das von Allegheni Ludlum Corporation of Brackenridge, PA hergestellt wird. Da es erwünscht ist, dieselbe Permeabilität sowohl für die X- als auch Y-Richtungen zu haben, sind die Blockgröße und der Abstand in diesen Richtungen jeweils dieselben, wie es in 6, 7 dargestellt ist, wobei sie jedoch in einigen Anwendungen unterschiedlich sein können.
  • Ein Hauptergebnis der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung einer Polfläche mit einer gewünschten magnetischen Permeabilität in jeder Richtung unter Verwendung eines unterschiedlichen Füllfaktors, unterschiedlicher Laminatbleche 47 und Materialien des Substrats 49, indem man unterschiedliche Abstände 61, 63 zwischen benachbarten Blöcken 41 und einen Abstand 71 zwischen den Schichten der Blöcke 41 hat. Diese Polfläche kann dann bevorzugt den Magnetfluss lenken.

Claims (18)

  1. Reduzierte Artefakte zeigendes offenes Magnetresonanz-(MR)-Bildgebungssystem (10) mit wenigstens zwei Polstücken, wovon jedes eine ein Bildgebungsvolumen (23) begrenzende im wesentliche ebene gegenüberliegende Polfläche (15, 17) besitzt, mit einer magnetischen Erregungseinrichtung (16, 18) mit wenigstens einer Erregungsspule (22, 24) und Polstücken (11, 13), wobei die Polstücke mehrere magnetische Blöcke (41) aufweisen, die mehrere Laminatbleche (47) aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass die Bleche durch ein nicht-leitendes Substrat (49) getrennt und damit zusammengehalten werden, wobei jedes Blech (47) im wesentlichen parallel zu der Polfläche (15, 17) ausgerichtet ist, und wobei jedes Blech (47) ein amorphes ferromagnetisches Material aufweist.
  2. Offenes MR-Bildgebungssystem nach Anspruch 1, wobei das amorphe Material Eisenbor (Fe-B) ist, um die Restmagnetisierung zu reduzieren.
  3. Offenes MR-Bildgebungssystem nach Anspruch 1, wobei das amorphe Material Eisenborsilizium (Fe-B-Si) ist, um die Restmagnetisierung zu reduzieren.
  4. Offenes MR-Bildgebungssystem nach Anspruch 1, wobei das amorphe Material Eisenphosphor (Fe-P) ist, um die Restmagnetisierung zu reduzieren.
  5. Offenes MR-Bildgebungssystem nach Anspruch 1, wobei das amorphe Material Eisennickelbor (Fe-Ni-B) ist, um die Restmagnetisierung zu reduzieren.
  6. Offenes MR-Bildgebungssystem nach Anspruch 1, wobei die Blöcke in einer spezifizierten Richtung einen Abstand (61, 63) zwischen benachbarten Blöcken (41) mit einem spezifizierten Abstand haben, der so gewählt ist, dass er die Permeabilität sich zeitlich verändernder magnetischer Felder in der spezifizierten Richtung von 100 bis 500 einstellt.
  7. Offenes MR-Bildgebungssystem nach Anspruch 1, wobei mehrere Schichten (73) von Blöcken (41) vorhanden sind.
  8. Offenes MR-Bildgebungssystem nach Anspruch 7, wobei die mehreren Schichten (73) von Blöcken (41) einen spezifizierten Abstand (71) haben, der als ein Kompromiss gewählt ist, um die Permeabilität sich zeitlich verändernder magnetischer Felder in einer Richtung durch die Schichten (73) so einzustellen, dass diese magnetischen Felder nicht in das Polstück (11, 13) übertreten, und das Polstückmaterial vormagnetisieren.
  9. Offenes MR-Bildgebungssystem nach Anspruch 1, wobei die Blöcke (41) aus Laminatblechen mit einer geringeren Dicke als einer "Eindringtiefe" aufgebaut sind.
  10. Offenes MR-Bildgebungssystem nach Anspruch 1, wobei die Blöcke (41) einen Füllfaktor von angenähert 80 bis 95% haben.
  11. Offenes MR-Bildgebungssystem nach Anspruch 1, das einen Magnetflusskanal aufweist, um einen magnetischen Fluss aus den Polstücken (11, 13) aufzunehmen, und um bevorzugt den magnetischen Fluss in jeder von einer X-, Y- und Z-Richtung zu führen, wobei die Polflächen (15, 17) durch mehrere Schichten gekennzeichnet sind, die von den Blöcken (41) aus Laminatblechen (47) gebildet werden, die voneinander sowohl in den X- als auch Y-Richtungen getrennt sind, um einer vorbestimmten magnetischen Permeabilität in der entsprechenden X- und Y-Richtung zu entsprechen.
  12. System nach Anspruch 11, wobei die Blöcke 41 durch ein Substrat (49) getrennte Laminatbleche (47) aufweisen, und der Füllfaktor, die Materialien des Laminatblechs (47) und Substrats (49) so gewählt sind, dass sie einer vorbestimmten Permeabilität sowohl entlang der Richtung der Laminatbleche (47) als auch senkrecht zu den Laminatblechen (47) entsprechen.
  13. System nach Anspruch 11, wobei der Abstand (61, 63) zwischen den Schichten (73) so gewählt ist, dass er einer vorbestimmten Permeabilität in der Z-Richtung entspricht.
  14. System nach Anspruch 11, welches ferner eine aus einem festen Materialstück zwischen dem Polstück (11, 13) und den Polflächen (15, 17) bestehende Flussabschirmung (12, 14) aufweist, die so arbeitet, dass sie einen magnetischen Fluss aus anderen Quellen bei dem Eintreten in das Polstück (11, 13) reduziert, um dadurch die Restmagnetisierung des Polstücks (11, 13) zu reduzieren.
  15. System nach Anspruch 14, wobei die Flussabschirmung (12, 14) geglühtes Silizium-Eisen aufweist.
  16. System nach Anspruch 11, wobei die Blöcke (41) in benachbarten Schichten (73) teilweise überlappt sind, um den relativen Betrag des Quellen-Magnetflusses senkrecht und parallel zu den Schichten zu steuern.
  17. System nach Anspruch 14, wobei die Blöcke (41) in benachbarten Schichten (73) teilweise überlappt sind, um den relativen Betrag des Gradienten-Magnetflusses senkrecht und parallel zu den Schichten zu steuern.
  18. Offenes MR-Bildgebungssystem nach Anspruch 1, wobei die Blöcke (41) eine zum Reduzieren von Wirbelströmen minimierte Länge und Breite haben.
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