ES2220977T3 - Estructura abierta de iman permanente para generar un campo magnetico altamente uniforme. - Google Patents

Abstract

UNA ESTRUCTURA HIBRIDA DE IMAN PERMANENTE (71) PARA PROPORCIONAR UN CAMPO MAGNETICO UNIFORME A UNA REGION DE INTERES AL TIEMPO QUE PERMITE EL ACCESO AL PACIENTE POR UNOS EXTREMOS ABIERTOS PARA UNA EXPLORACION NMR O DEL CIRUJANO AL PACIENTE A TRAVES DE UNA GRAN ABERTURA (56) FORMADA EN LA PARTE SUPERIOR. LA ESTRUCTURA DEL IMAN COMPRENDE UNA ESTRUCTURAS MAGNETICAS INTERIORES Y EXTERIORES ANIDADAS SEPARADAS POR UN MATERIAL FERROMAGNETICO Y RODEADAS POR UNA CULATA FERROMAGNETICA (70). LAS SECCIONES MAGNETICAS INTERIORES COMPRENDEN UNOS BLOQUES FINALES DE SECCION TRANSVERSAL TRIANGULAR (64, 66) Y LAS SECCIONES MAGNETICAS EXTERIORES COMPRENDEN UNOS BLOQUES FINALES DE SECCION TRANSVERSAL TRAPEZOIDAL (65, 67, 68). A TRAVES DE UNA ESTRUCTURA FILTRANTE PRIMARIA SE PROPORCIONA UN MEDIO DE COMPENSACION DE LA DISTORSION DEL CAMPO AL MATERIAL FERROMAGNETICO Y A TRAVES DE UNAS INSERCIONES MAGNETICAS O DE UNA ESTRUCTURA FILTRANTE SECUNDARIA.

Description

Estructura abierta de imán permanente para generar un campo magnético altamente uniforme.

Antecedentes de la invención

Esta invención se refiere a estructuras de imán permanente para generar campos magnéticos muy fuertes aunque altamente uniformes, principalmente, pero no exclusivamente, para su uso en aplicaciones médicas de resonancia magnética nuclear.

Las aplicaciones médicas de la resonancia magnética nuclear (RMN) se basan principalmente en el uso de imanes superconductores o imanes permanentes para generar el campo altamente uniforme requerido para la obtención de imágenes. La principal ventaja de los imanes superconductores es su capacidad para alcanzar campos magnéticos altos. Las bobinas superconductoras que transportan la corriente eléctrica normalmente se disponen en estructuras cilíndricas abiertas en ambos extremos, y el paciente se coloca axialmente para acceder a la región de obtención de imágenes situada en el centro del imán. Esta disposición, impuesta por la geometría de las bobinas, genera varios problemas en las aplicaciones clínicas, así como en las quirúrgicas. Por ejemplo, la obtención de imágenes en tiempo real durante una intervención quirúrgica está dificultada por la interferencia de la estructura del imán con el instrumental quirúrgico y por el acceso restringido al paciente y a la zona quirúrgica en particular.

Para paliar estos problemas, en los recientes diseños basados en imanes superconductores tal como se describe en "A System for MRI-guided interventional procedures" P.B Roemer, J.F. Schenck, F.A. Jolesz et al. Proceedings of II^{nd} Meeting; Society at Magnetic Resonance, Vol. 1., pág. 420, la zona quirúrgica se coloca fuera de las bobinas superconductoras. Estos enfoques requieren que las dimensiones de la bobina sean grandes en comparación con las dimensiones del cuerpo, con el fin de lograr el grado deseado de uniformidad de campo dentro de la zona quirúrgica. Además, se genera un campo mucho mayor que el requerido dentro de la región de obtención de imágenes fuera de la región de interés y fuera del propio imán.

El uso de imanes permanentes que no requieren suministro de energía externa ni mantenimiento está ganando empuje en la obtención médica de imágenes, a pesar de sus limitaciones en la generación de campos elevados. Los imanes permanentes tradicionales pueden diseñarse sin ligarse a las geometrías que dejan una amplia zona abierta alrededor de la región de obtención de imágenes contenida dentro del entrehierro entre las piezas polares. Sin embargo, para mantener el tamaño del imán y su peso dentro de límites prácticos, las piezas polares deben estar lo más próximas posible al cuerpo. Un ejemplo de tal estructura puede encontrarse en el documento EP-A-0407 227. Las grandes dimensiones transversales de las piezas polares impuestas por la uniformidad de campo requerida dentro de la región de interés limitan de nuevo el acceso al paciente e interfiere con el instrumental quirúrgico. Además, a medida que aumenta el campo dentro de la región de interés, disminuye la eficacia de un imán permanente tradicional, con un nivel creciente de campo de dispersión magnética fuera del entrehierro.

Sumario de la invención

Un objeto de la invención es una estructura magnética de extremos abiertos que proporciona un campo magnético altamente uniforme en una región de obtención de imágenes, tal como se define en la reivindicación 1, en una cavidad principal dentro de la estructura y que permite el acceso a la cavidad principal a través de una gran abertura a lo largo de un lateral de la estructura.

Otro objeto de la invención es una estructura magnética permanente para albergar, en una cavidad principal, a un paciente para la obtención de imágenes por RMN mientras se permite simultáneamente que un cirujano realice una intervención quirúrgica sobre el paciente.

Según la invención, se prevén medios sobre la estructura magnética para compensar las distorsiones del campo debidas a los extremos abiertos para alojar al paciente, pero principalmente debidas a las discontinuidades que resultan de la apertura de la pared superior para el acceso por parte del profesional médico al paciente. Según una realización preferida de este aspecto de la invención, una estructura magnética primaria externa comprende una primera estructura de imán permanente y piezas polares ferromagnéticas que definen una primera cavidad central de extremos abiertos que también proporciona una abertura de acceso lateral, generando la primera estructura de imán permanente un campo magnético sustancialmente uniforme dentro de una región de obtención de imágenes de la cavidad central. Anidada dentro de las piezas polares ferromagnéticas hay una estructura magnética secundaria interna que define cavidades laterales respectivas que lindan con ambos laterales de la cavidad central y en la que se genera el mismo campo magnético sustancialmente uniforme que se genera en la cavidad central. La previsión de la cavidad central accesible a través de la abertura lateral produce distorsiones del campo que deben compensarse para proporcionar el campo magnético sustancialmente uniforme en la región de interés para soportar, por ejemplo, la obtención de imágenes por RMN. La estructura magnética secundaria al proporcionar sustancialmente el mismo campo uniforme en las cavidades laterales (en cuya superficie de contacto con la cavidad central surgirían singularidades de campo en ausencia de la estructura magnética secundaria) soporta la corrección de la distorsión del campo sin la que no sería posible la obtención de imágenes por RMN.

La combinación de la cavidad central con las cavidades laterales colindantes proporciona una región de obtención de imágenes ampliada con un campo magnético uniforme para soportar la obtención de imágenes por RMN sin aumentar el tamaño global de la estructura magnética y con una reducción real en el peso global del material magnético necesario.

En otra realización preferida, se prevén medios de compensación de la distorsión del campo mediante una única disposición de bloques magnéticos permanentes y magnéticos blandos, y mediante una estructura de filtro para compensar varios armónicos espaciales de la distorsión del campo.

La estructura magnética de la invención es particularmente adecuada para aplicaciones médicas, puesto que la región de obtención de imágenes se extiende a lo largo de una gran parte de la cavidad principal. Como consecuencia, la estructura magnética puede usarse en un dispositivo de exploración clínico compacto diseñado para la obtención de imágenes de la totalidad del cuerpo. Además, el uso de materiales de tierras raras, un producto moderno de alta energía, da como resultado una estructura magnética capaz de generar campos de hasta 0,5 T dentro de límites prácticos de peso y tamaño. La notable proximidad de la región de alta uniformidad de campo a la abertura lateral del imán hace que esta estructura sea de interés para las aplicaciones quirúrgicas / intervencionistas. La estructura magnética compacta con una gran abertura hace posible integrar el circuito en forma anular ("gantry") de un dispositivo de exploración en una zona quirúrgica con interferencia mínima con las intervenciones quirúrgicas.

Estos y otros objetos y logros, junto con una comprensión más completa de la invención, se harán evidentes y se apreciarán haciendo referencia a las siguientes descripciones y reivindicaciones tomadas junto con los dibujos adjuntos que ilustran a modo de ejemplo y sin limitación las realizaciones preferidas de la invención y en los que los números de referencia similares indican piezas similares o correspondientes.

Sumario de los dibujos

En los dibujos:

La figura 1 es una configuración esquemática de una capa magnética permanente (sombreado suave) y ferromagnética blanda (sombreado más denso) que genera un campo uniforme dentro de un entrehierro;

la figura 2 muestra en una estructura como en la figura 1 cómo puede llevarse a cabo, según la invención, una transición entre dos regiones de diferentes espesores, generando cada una el mismo campo en la región del entrehierro, usando dos componentes magnéticos permanentes trapezoidales;

la figura 3 es una vista en perspectiva de un imán híbrido tridimensional con una cavidad prismática rectangular y el campo magnético alineado con el eje y; el imán en esta figura tiene una cavidad cerrada y una culata externa;

la figura 4 es una vista similar a la de la figura 3 de una vista detallada de un imán híbrido tridimensional cerrado;

la figura 5 es una vista esquemática de una sección transversal de una estructura magnética híbrida en el primer cuadrante del plano z = 0;

la figura 6 muestra las líneas equipotenciales en el imán híbrido de la figura 5;

la figura 7 ilustra la división del imán híbrido en dos estructuras independientes mediante la transformación de la superficie equipotencial \Phi = \pm\Phi_{1} en las superficies de \mu = \infty;

la figura 8 muestra una estructura híbrida según la invención con la cavidad extendida en la dimensión x y con insertos ferromagnéticos añadidos;

la figura 9 muestra la estructura de la figura 8 según la invención tras la eliminación de las superficies de contacto entre las cavidades;

la figura 9A ilustra una modificación de la realización de la figura 9 con el material ferromagnético blando sustituido por imanes permanentes; y las figuras 9B y 9C ilustran modificaciones adicionales con parte del material del imán permanente sustituido por material ferromagnético blando;

la figura 10 ilustra, según la invención, una abertura en la pared lateral y la eliminación de una parte de la culata en la estructura ferromagnética híbrida de la figura 9;

la figura 11 es una vista tridimensional de una forma de imán abierto según la invención que tiene las dimensiones de una cavidad principal lo suficientemente grande como para alojar un cuerpo humano;

la figura 12 muestra la estructura bidimensional abierta de la figura 11 que muestra los detalles de la orientación de la remanencia (imantación) de los bloques magnéticos;

la figura 13 muestra las líneas equipotenciales dentro, y la figura 14 fuera, de la cavidad de la estructura híbrida abierta de las figuras 11 y 12;

la figura 15 es un gráfico del campo magnético a lo largo del eje x y del eje y dentro de la cavidad de la estructura de la figura 11;

la figura 16 es un gráfico del campo magnético a lo largo del eje y dentro de la cavidad de la estructura de la figura 11 para dos parámetros diferentes;

la figura 17 es un gráfico que representa ciertas relaciones de la estructura de la figura 11;

las figuras 18, 19 y 20 son, respectivamente, un gráfico de Hy, las propiedades magnéticas de ciertas configuraciones magnéticas / ferromagnéticas, y un gráfico que ilustra el cambio de potencial en el desarrollo de una realización de la invención;

la figura 21 muestra una modificación de la estructura ilustrada en la figura 10;

las figuras 22 y 23 muestran las líneas equipotenciales para determinadas estructuras magnéticas;

la figura 24 es un gráfico de la distribución del campo magnético a lo largo del eje x para diversas estructuras;

la figura 25 es una representación del campo magnético a lo largo de los ejes x e y dentro de la cavidad de la estructura de la figura 11;

las figuras 26 y 27 muestran las líneas equipotenciales fuera de la estructura de la figura 11 vistas desde dos direcciones diferentes;

la figura 28 muestra la intensidad del campo marginal;

la figura 29 muestra las líneas equipotenciales dentro de la cavidad;

la figura 30 es una vista en corte transversal a escala ampliada de los elementos de filtro habituales;

la figura 31 es una vista similar a la figura 10 que explica el desarrollo de un método preferido de compensación de la distorsión del campo;

la figura 32 es una tabla de los coeficientes de expansión antes y después del ajuste de la estructura del filtro;

la figura 33 es un gráfico que muestra los cambios necesarios para cancelar los armónicos principales;

la figura 34 muestra la región de obtención de imágenes obtenida tras la primera etapa de compensación;

la figura 35 muestra la previsión de inserciones magnéticas para reducir la distorsión del campo;

la figura 36 es un gráfico que compara la uniformidad de campo en dos condiciones;

las figuras 37 y 38 ilustran el efecto sobre la región de obtención de imágenes tras las etapas de compensación segunda y tercera, respectivamente;

las figuras 39-41 ilustran estructuras de filtro para reducir las faltas de uniformidad del campo;

las figuras 40A-40C son gráficos que muestran el efecto de singularidades en la estructura magnética de la invención;

la figura 42 es una vista a escala ampliada de una forma de estructura según la invención;

la figura 43 ilustra la localización de las estructuras de filtro en una realización alternativa a la estructura de la figura 42;

la figura 44 muestra cómo puede colocarse un cuerpo dentro de la cavidad de la estructura de la figura 42;

las figuras 45A-45C son vistas en corte transversal de estructuras modificadas según la invención.

Descripción detallada de las realizaciones preferidas

La invención se entenderá mejor a partir de una descripción de los principios aplicados en el desarrollo de una realización de la estructura magnética de la invención.

Resumiendo brevemente, se aprovechó el hecho de que (a) pueden diseñarse imanes permanentes eficaces con una nueva metodología de diseño basada en el uso de materiales magnéticos modernos con características [1] de desimantación casi lineal, (b) el desarrollo de aleaciones de tierras raras, un producto de alta energía, hace posible ampliar la aplicación de la tecnología de imanes permanentes a imanes grandes y potentes, y (c) pueden seguirse procedimientos matemáticos exactos en el diseño de estructuras magnéticas abiertas que optimizan la eficacia de un imán al minimizar su tamaño y su peso.

A continuación, se describe una estructura magnética diseñada según la nueva metodología. El acceso al paciente se proporciona a través de una gran abertura a lo largo de un lateral del imán, además de los dos extremos abiertos de la estructura. Aunque las dimensiones del imán presentado en este documento están destinadas específicamente a intervenciones clínicas e intervenciones quirúrgicas, un tipo similar de estructura abierta puede usarse para otras aplicaciones clínicas que requieran una abertura ancha que proporcione acceso a la región de interés con un campo de dispersión magnética mínimo.

1. Geometría básica del imán

Considérese el esquema de la figura 1, en el que las dos superficies y = 0 e y = y_{e} son superficies equipotenciales a potencial cero. El medio en las dos regiones y = 0 e y = y_{e} se supone que es un medio ferromagnético ideal de permeabilidad magnética infinita. Supóngase que una placa 11 de permeabilidad magnética infinita, de espesor y_{2} - y_{1}, está insertada en la región y < y_{e}. Se supone que el medio 12 en la región y < y_{1} es aire y se supone que el medio en la región 14 y_{2} < y < y_{e} es un medio magnético ideal, cuya característica magnética es

(1.1)\overline{B} = \overline{J} + \mu_{0} \ \overline{H}_{0}

en la que \overline{B} es la inducción magnética, \overline{J} es la remanencia, \overline{H}_{0} es la intensidad del campo magnético que está alineado con el eje y, y \mu_{0} es la permeabilidad magnética del vacío. Se supone que la remanencia \overline{J} está orientada en paralelo al eje y. La intensidad \overline{H}_{0} del campo dentro de la región 12 y < y_{1} viene dada por [1]

(1.2)\mu_{0} H_{0} = KJ,

en la que

(1.3)K = \frac{y_{e}-y_{2}}{y_{e}-(y_{2}-y_{1})}

Siempre que se satisfaga la ecuación (1.3) para una K dada, puede lograrse el mismo valor del campo \overline{H}_{0} en el entrehierro 12 para un intervalo de dimensiones y_{1}, y_{2}. Un caso limitante se produce cuando y_{1} \rightarrow 0, y_{2} \rightarrow y_{e}, en cuyo caso, toda la región se convierte en el medio ferromagnético. Un segundo caso limitante se produce cuando el espesor y_{2} - y_{1} del medio 11 ferromagnético se reduce a cero, formando una superficie de contacto directa entre el medio 14 magnético y el aire, tal como se indica por la línea discontinua en la figura 1.

Un objetivo importante del diseño de imán permanente es el diseño de una transición entre dos regiones de diferentes alturas y_{1,1}, y_{1,2} del entrehierro y diferentes espesores y_{2,1} - y_{1,1} e y_{2,2} - y_{1,2}de las placas ferromagnéticas y que generan el mismo campo en el entrehierro. Siempre que las dos regiones satisfagan la condición

(1.4)\frac{y_{e}-y_{2,1}}{y_{e}-(y_{2,1}-y_{1,1})} = \frac{y_{e}-y_{2,2}}{y_{e}-(y_{2,2}-y_{1,2})} = K

tal transición puede llevarse a cabo sin distorsionar la uniformidad del campo mediante la técnica ilustrada en la figura 2. Las dos placas 18, 20 están separadas entre sí por dos componentes 22, 24 trapezoidales de material magnético permanente. Los ángulos \alpha, \beta de las superficies de contacto entre los componentes 22, 24 trapezoidales y las placas 18, 20 de \mu = \infty, vienen dados por

(1.5)tan \alpha = \frac{K}{\sqrt{1-K^{2}}},

\hskip0.5cm

tan \ \beta = \frac{1-K}{\sqrt{1-(1-K) ^{2}}}

Las remanencias de los componentes 22, 24 trapezoidales tienen la misma magnitud de \overline{J} que la remanencia en las capas 26 magnéticas mostradas en la figura 2 y están orientadas en perpendicular a sus superficies de contacto con las placas 18, 20 de \mu = \infty. En virtud de la ecuación (1.5), las intensidades del campo magnético en los dos componentes 18, 20 trapezoidales son iguales y opuestas a sus remanencias y, como consecuencia, en ambos componentes se obtiene

(1.6)\overline{B} = 0

es decir, no se genera flujo de \overline{B} en los componentes trapezoidales. La estructura de la figura 2 proporciona el enfoque de diseño básico para el imán abierto presentado en esta solicitud. Para una descripción más completa de la función y el funcionamiento de los dos componentes trapezoidales, véase la patente de los EE.UU. número 5.162.771.

El imán abierto evoluciona desde un imán 30 tridimensional híbrido con la cavidad 32 prismática rectangular mostrado en la figura 3, diseñado para generar en la cavidad prismática un campo uniforme de intensidad \overline{H}_{0} alineada con el eje y. Los componentes externos con referencia 31 indican una culata externa que encierra la estructura. Las características de los imanes híbridos se han tratado previamente en detalle [1]. (Los números entre corchetes hacen referencia, en un Apéndice, a la identificación de los documentos publicados.) La superficie externa del imán 30 está encerrada por una culata 31 ideal de una permeabilidad \mu infinita. La totalidad de la estructura 33 magnética tridimensional se muestra en la figura 4 y su sección transversal en el primer cuadrante del plano z = 0 en la figura 5.

La distribución de las remanencias \overline{J}_{1}, \overline{J}_{12}, \overline{J}_{21} de magnitud \overline{J}_{0}, se relaciona con la magnitud de la intensidad \overline{H}_{0} mediante la ecuación (1.2).

El vector \overline{J}_{1} está orientado a lo largo del eje y, y los vectores \overline{J}_{12}, \overline{J}_{21} son perpendiculares a los límites externos de dos componentes 36 (S, T, U) y 37 (S, T, V) magnéticos permanentes triangulares, respectivamente, tal como se indica en la figura 5. La geometría de los componentes triangulares es de tal manera que las inducciones \overline{B}_{12} y \overline{B}_{21} en ambos componentes sean cero [1]. Como consecuencia, el flujo de la inducción en la cavidad 32 está confinado a los componentes rectangulares del material magnético de remanencia \overline{J}. La culata ideal que limita los componentes rectangulares pueden cerrarse fuera del intervalo UTV, siguiendo una trayectoria arbitraria, porque el potencial escalar \Phi es cero en la región entre la culata 31 y la superficie externa de los componentes 36, 37 triangulares. La geometría de la culata 31 ideal mostrada en la figura 5 se selecciona para el diseño de la estructura de culata real presentada en el presente documento.

Sean 2x_{0}, 2y_{0}, 2z_{0} las dimensiones de la cavidad 32 prismática rectangular. Las coordenadas y_{e}, y_{0} de los puntos U, S se relacionan mediante la ecuación

(1.7)\frac{y_{e}}{y_{0}} = \frac{1}{1-K}

y las coordenadas del punto T son

1

Sea \Phi_{0} es el potencial de la superficie de contacto entre la cavidad 32 y los componentes 39 rectangulares del material magnético en y = y_{0}. Las líneas 35 equipotenciales en el primer cuadrante de la sección transversal de z = 0 se muestran en la figura 6. En cada una de las figuras 6-10 se ha omitido, por motivos de simplicidad, una culata externa para la trayectoria de retorno del flujo correspondiente al elemento 31 mostrado como línea gruesa en la figura 5.

Supongamos que las dos superficies 41, 43 equipotenciales

(1.9)\Phi = \pm\Phi_{1}(|\Phi_{1}|<|\Phi_{0}|)

se transforman en superficies de \mu = \infty. La configuración del campo no resulta afectada por esta transformación y la sección transversal del imán resultante en el plano z = 0 se muestra en la figura 7, en la que la línea 38 densa definne la superficie equipotencia dada por la ecuación (1.9).

En la figura 7, la estructura original está dividida en dos estructuras 40, 41 magnéticas independientes mediante las líneas

(1.10)y = \pm y_{1} = \pm y_{0}\frac{\Phi_{1}}{\Phi_{0}}

Dado que (x_{T} - x_{0})/y_{0} e y_{T}/y_{0} son independientes de la geometría del imán, la dimensión x de la cavidad 32 puede aumentarse hasta

(1.11)2x_{1} > 2x_{0}

La extensión de la dimensión de la cavidad en la dirección x requiere una extensión igual de los componentes 39 rectangulares del material magnético en la región entre las líneas equipotenciales \Phi = \pm\Phi_{1} y la culata externa. La estructura resultante, limitada a la región y > 0, se muestra en la figura 8, en la que las zonas sombreadas de manera tupida constituyen la sección transversal de las piezas 35 polares de material ferromagnético de \mu = \infty. La figura 8 muestra lo que se denominará en lo sucesivo en el presente documento, de vez en cuando, como parte de una cavidad 46 central separada por una membrana 43 hipotética desde las cavidades 42, 44 laterales colindantes.

Las superficies de contacto entre las tres cavidades 42, 44, 46 en la figura 8 pueden eliminarse sin alterar la configuración del campo en la cavidad 46 central, dando como resultado la estructura mostrada en la figura 9. La uniformidad de campo se mantiene en la nueva cavidad 48 principal, a pesar de la discontinuidad del límite de la cavidad en x = \pmx_{0}.

La transformación de las líneas equipotenciales \pm\Phi_{1}en superficies de \mu = \infty también permite un aumento de la dimensión z (la dirección perpendicular al plano del dibujo) de la cavidad central hasta un nuevo valor

(1.12)2z_{1} \geq 2z_{0}

que puede seleccionarse independiente de 2x_{1}.

El material ferromagnético en las zonas densamente sombreadas de la figura 9 puede sustituirse por material magnético cuya remanencia se selecciona para satisfacer la condición

(1.13)\overline{H} = 0,

lo que hace que estas zonas sean equipotenciales. La distribución de \overline{J} en ambas zonas se muestra en la figura 9A. Los cuatro vectores están orientados en paralelo a las superficies de contacto con los componentes triangulares. En virtud de la ecuación (1.5), las magnitudes de la remanencia son

2

en las que B_{31}, B_{32}, B_{33}, B_{34} son las magnitudes de la inducción en las cuatro regiones. La ecuación (1.14) muestra que en el intervalo

(1.15)0 < K < 1

se obtiene

(1.16)J_{21} = J_{23} < J_{0}

Por otra parte, J_{31} y J_{34} son inferiores a J_{0} en el intervalo de K

(1.17)0 < k< \frac{1}{\sqrt{2}}

Por tanto, si la estructura magnética está diseñada con el valor disponible máximo de remanencia J_{0}, la ecuación (1.17) proporciona el valor máximo de K que puede lograrse con la estructura 50' magnética de la figura 9A.

Puede utilizarse cualquier combinación de material ferromagnético y material magnético que satisfaga la ecuación (1.13) para generar la zona equipotencial requerida para aumentar la dimensión x de la cavidad. Una de tales configuraciones 50'', por ejemplo, se muestra en la figura 9B, en la que el material ferromagnético está confinado a la zona 38 densamente sombreada.

También puede utilizarse una combinación de material de diferente remanencia para diseñar los componentes triangulares y trapezoidales que satisfagan la ecuación (1.6). La figura 9C muestra la geometría de las dos zonas (STU) y (STV) triangulares de la figura 5, en las que la magnitud de las remanencias \overline{J}_{13} y \overline{J}_{1} son ambas iguales a J_{0} y la magnitud de la remanencia \overline{J}_{12} es inferior a J_{0}. El nuevo valor del ángulo \alpha_{2} del componente (STV) viene dado por

(1.18)sen \alpha_{2} = K \frac{J_{0}}{J_{12}}

El ángulo \alpha_{2} > \alpha mayor que resulta de la sustitución del componente (STV) por un material de remanencia inferior puede ser muy útil en un imán diseñado para un valor pequeño de K, en el que un ángulo \alpha_{1} pequeño puede generar problemas de difícil fabricación e imantación.

La estructura 50 magnética cerrada de la figura 9 debe abrirse para acceder a la región de obtención de imágenes. La apertura del imán distorsiona el campo y la distorsión debe compensarse hasta el punto en el que el campo mantenga el grado asignado de uniformidad dentro de la región de obtención de imágenes. El efecto de la apertura depende de la orientación del campo en relación con la abertura. Se ha demostrado que una orientación del campo perpendicular a la abertura minimiza tanto la distorsión del campo dentro de la cavidad como la pérdida de campo fuera del imán [2]. Como consecuencia, la cavidad 48 del imán está abierta en ambos extremos a lo largo de la dimensión z con el fin de colocar un paciente dentro del imán y además, la pared 52 lateral de la cavidad en x = x_{1} está abierta 53 para acceder a la región de interés del cuerpo del paciente desde fuera. La abertura 53 requiere la eliminación de algunos de los componentes de material magnético, así como de parte de la culata externa (no mostrada en la figura 10), dando como resultado la estructura 54 básica del esquema de la figura 10.

La selección de los parámetros geométricos de la estructura de la figura 10 es el resultado de un equilibrio entre las limitaciones encontradas impuestas por las dimensiones deseadas de la región de obtención de imágenes, el acceso al paciente y la complejidad de la compensación de la distorsión del campo dentro de la región de obtención de imágenes. La figura 11 muestra en perspectiva la estructura 71 completa de la figura 10, incluyendo la culata, girada 90º con respecto a su orientación normal, de manera que la abertura 56 de la pared lateral esté en la parte superior. En el esquema de la figura 11, las dimensiones 2x_{0}, 2y_{0}, 2z_{0} de la cavidad 58 se seleccionan para aceptar la totalidad de la sección transversal de un cuerpo humano colocado sobre su espalda. La cavidad se abre completamente en ambos extremos y la longitud 2z_{0} se selecciona para que sea lo suficientemente grande como para minimizar la distorsión del campo producida por las aberturas en z = \pmz_{0}. La anchura 2y_{1} de la abertura 56 en la pared superior de la cavidad se selecciona para minimizar el acceso a la región de interés del cuerpo del paciente. La extensión x_{1} - x_{0} de la dimensión de la cavidad se selecciona para permitir la inserción de una estructura de filtro requerida para compensar varios armónicos espaciales de la distorsión del campo, tal como se tratará en la sección siguiente. El alargamiento de la cavidad en la dirección z no es necesario si no se añade una estructura de filtro adicional en ambos extremos del imán, es decir, el imán puede diseñarse con z_{1} = z_{0}.

2. Propiedades del campo

Esta sección analiza la configuración del campo magnético generado por las estructuras híbridas abiertas introducidas en la sección 1. Esta estructura 71 se ilustra en perspectiva en las figuras 11 y 12. Las partes ferromagnéticas tienen un sombreado denso en ambas figuras, y las partes de imán permanente tienen un sombreado suave en la figura 11 y ningún sombreado en la figura 12 con el fin de mostrar los bloques individuales y sus direcciones de imantación mediante las flechas. La estructura 71 mostrada comprende una estructura generalmente en forma de C con paredes 71-1 laterales y una pared 71-2 inferior, con extremos abiertos en los extremos opuestos a lo largo del eje z para permitir el acceso por parte de un paciente a la cavidad 58 interna y con una gran abertura 56 en la pared superior para permitir el acceso por parte de un médico al paciente mientras se somete a exploración de RMN. Un campo uniforme se extiende en la dirección y dentro de la cavidad 58, y el centro de la región de obtención de imágenes o región de interés está cerca del origen 0 del sistema de coordenadas x-y-z mostrado. La estructura comprende, en cada pared lateral, los bloques magnéticos permanentes rectangulares 62 internos, terminados por los triangulares 64, 66 superior e inferior, anidados dentro de los bloques magnéticos permanentes rectangulares 63 externos, terminados por los trapezoidales 65, 67, 68 superiores e inferiores. Piezas 60, 61 polares ferromagnéticas de alta permeabilidad separan los bloques magnéticos anidados. La estructura descrita está rodeada por una culata 70 ferromagnética para cerrar las líneas de flujo generadas por los bloques magnéticos.

Puesto que las propiedades del campo están influidas por el parámetro K de diseño, las dimensiones x_{0}, y_{0} de la cavidad 58, la altura y_{1} de la abertura 56 y la anchura x_{1}-x_{0} de los bloques 60, 61 ferromagnéticos internos, el efecto de estos parámetros se analiza en primer lugar. Los cálculos numéricos se basan en el método de elementos límite (BEM) formulado en la referencia [1]. Se emplea el BEM porque permite una solución eficaz de los problemas magnetostáticos, suponiendo características de desimantación lineal y un pequeño valor de susceptibilidad, típico del material magnético moderno.

Para las estructuras prácticas, la longitud z_{0} tiende a ser mayor que y_{0}, minimizándose así los efectos del truncamiento de la configuración del campo dentro de la región central de obtención de imágenes.

La figura 10 muestra la geometría del imán híbrido abierto diseñado para K = 0,3. En virtud de las ecuaciones (1.8), las coordenadas de los puntos A_{1}, A_{2} en la figura 10 son

(2.1)x_{A2} - x_{A1} = x_{1} + 0,3401y_{0}, y_{A2} = y_{A1} = 1,0816y_{0},

Otros parámetros geométricos de la estructura abierta son

(2.2)x_{0} = 0,5y_{0},

\hskip0.5cm

y_{1} = 0,5y_{0},

\hskip0.5cm

(x_{1} - x_{0}) = 0,3y_{0}

Para esta configuración de imán particular, mostrada en la figura 13 sin la culata externa, la figura 13 muestra las líneas equipotenciales dentro de la cavidad central y la figura 14 muestra la distribución de las líneas equipotenciales fuera del imán. Para J_{0} normalizada a la unidad, el valor calculado del potencial de los dos componentes de \mu = \infty es

(2.3)\Phi_{1}\approx - 0,1371

La figura 15 representa la componente y del campo magnético a lo largo de los ejes x e y dentro de la cavidad para la estructura magnética. El campo en el centro geométrico de la cavidad es 0,283J_{0}, que es aproximadamente un 6% inferior al campo para la estructura cerrada ideal. El centro de la uniformidad se desplaza hacia la dirección negativa del eje x, es decir, fuera de la abertura. La uniformidad de campo dentro de una región de obtención de imágenes de diámetro 0,5 y_{0} es del 0,35%.

Para K = 0,3, la figura 16 considera la geometría de la estructura magnética para los dos casos

(2.4)y_{1} = 0,6y_{0},

\hskip0.5cm

(x_{1} - x_{0}) = 0,3y_{0}

y

(2.5)y_{1} = 0,5y_{0},

\hskip0.5cm

(x_{1} - x_{0}) = 0,4y_{0}

Al comparar la figura 16 con la figura 15 puede observarse que se asocia un mayor tamaño y_{1} de la abertura con una mayor pérdida de la intensidad de campo en el centro geométrico de la cavidad, mientras que una mayor anchura x_{1} - x_{0} del bloque ferromagnético produce un aumento del campo.

Tal como se observa en la figura 15, la configuración abierta muestra una pérdida de la intensidad de campo hasta el nivel de 0,28, en comparación con la estructura cerrada ideal, en la que el campo es de 0,30. La figura 17 muestra la relación entre los parámetros geométricos y_{1} y x_{1} que mantienen un valor de campo constante de 0,28 en el centro geométrico de la cavidad. La relación entre estos dos parámetros indica que el diseño del imán debe suponer un equilibrio entre la anchura de la abertura lateral y la longitud de la zona de transición.

En virtud de la ecuación (1.2) para la cavidad cerrada, el campo dentro de la cavidad es proporcional al valor del parámetro K. La tabla 2.1. enumera el área de la sección transversal, el valor del campo H_{0} en el centro geométrico del imán abierto y H_{0} normalizado al campo H_{0}^{c} en el imán cerrado ideal, para K en el intervalo de 0,1-0,5. Mientras que la intensidad H_{0} del campo en la estructura abierta permanece esencialmente proporcional a K, la pérdida de campo en relación con un imán cerrado aumenta con K.

TABLA 2.1

3

Tal como se muestra en la sección 1, en el imán completamente cerrado el campo no resulta afectado por la eliminación de las superficies de contacto de \mu = \infty entre las cavidades central y lateral. Esto deja de ser cierto en el imán abierto, porque el campo no es uniforme en la cavidad central abierta. El efecto se ilustra en la figura 18 que muestra la componente H_{y} en la línea y = y_{1} antes y después de eliminar las superficies de contacto entre la cavidad central y la lateral para la cavidad bidimensional. En la figura 18, la curva (a) muestra el lento aumento de H_{y} frente a x antes de la eliminación, y la curva (b) muestra que ha de esperarse una gran distorsión del campo cerca de las esquinas del material de \mu = \infty tras la eliminación de la superficie de contacto.

Para analizar la discontinuidad del campo en las esquinas A_{1}, A_{2} (figura 10), considérese el esquema bidimensional de la figura 19, en el que \sigma es la densidad de carga superficial inducida por el campo en la cavidad central en las superficies de contacto en y = y_{1}, en ausencia de la cavidad lateral. En el intervalo -x_{1} < x <x_{1}, la densidad de carga superficial \sigma viene dada por

(2.6)\sigma = \mu_{0}H_{y}(x,y_{1}) = KJ_{0}f(x)

en la que la función adimensional f(x) es positiva si H_{y} está orientado en la dirección positiva del eje _{y}. En el límite del imán completamente cerrado se obtiene

(2.7)f(x) = -1

La cuña de material magnético mostrada en la figura 19 es el componente triangular de una cavidad lateral, cuyo borde se localiza en

(2.8)x = x_{0},

\hskip0.5cm

y = y_{1}

Sea \overline{J} la remanencia de la cuña de material magnético perpendicular a su superficie

(2.9)\frac{y-y_{1}}{x+x_{0}} = -c \ tan \ \alpha

en la que el ángulo \alpha viene dado por sen \alpha = K. Las densidades de carga superficial \sigma_{1}, \sigma_{2} inducidas por \overline{J} en la superficie de la cuña vienen dadas por

4

En la figura 19, los vectores \overline{\tau}_{0},\overline{\tau}_{1}, \overline{\tau}_{2} son vectores unitarios paralelos a las superficies de contacto, en las que las cargas \sigma_{0}, \sigma_{1}, \sigma_{2} se localizan y apuntan hacia afuera desde las superficies de contacto. En virtud de la ecuación (2.10) se obtiene

(2.11)\sum = \sigma_{1} \overline{\tau}_{1} + \sigma_{2} \overline{\tau}_{2} = J sen \alpha \overline{\tau}_{0} = KJ \overline{\tau}_{0}

Por tanto, el vector \sum siempre está orientado en la dirección del eje x, tal como se indica en la figura 19. En virtud del teorema de la existencia de un campo uniforme en una estructura prismática del material magnético [1], el vector \sum debe cancelar al vector \sigma_{0} \overline{\tau}_{0}, es decir,

(2.12)\overline{J} = +J_{0}f(-x_{0})

Por tanto, si la magnitud de \overline{H}_{y} es menor que H_{0}, se obtiene

(2.13)J < J_{0}

Dado que el campo no es uniforme dentro de la cavidad, la cancelación de la singularidad del campo generada en el punto A_{2} de coordenadas

(2.14)x = x_{0},

\hskip0.5cm

y = y_{1}

mediante la eliminación de la superficie de contacto de \mu = \infty, requiere un valor diferente de \overline{J} en la cuña cuyo borde se localiza en el punto A_{2}. Por tanto, las singularidades en los puntos A_{1}, A_{2} se cancelan mediante la selección apropiada del valor de \overline{J} en las cuñas triangulares. Sin embargo, debido a la desigualdad dada por la ecuación (2.13), la condición de existencia del campo uniforme no se satisface en las esquinas alejadas B_{1}, B_{2} de la cavidad lateral indicada en la figura 14, y se genera una singularidad de campo en esas esquinas. Debido a la mayor distancia de esos puntos desde la cavidad central, se minimiza la distorsión del campo dentro de la región de obtención de imágenes y puede compensarse mediante las estructuras de filtro [4]. El análisis de las estructuras de filtro diseñadas para lograr un grado deseado de uniformidad de campo se presenta en la sección siguiente.

El desajuste del campo en la superficie de contacto entre las cavidades central y lateral puede reducirse diseñando las cavidades laterales para un valor de K_{i} inferior a K. La figura 20 representa el potencial en la línea A_{1}, A_{2} (figura 13) para diversos valores de K_{i}/K, demostrando una reducción significativa de las faltas de uniformidad en la región central de la cavidad magnética.

Tal como se muestra en la sección 1, los componentes ferromagnéticos equipotenciales pueden sustituirse, total o parcialmente, por materiales magnéticos cuya remanencia se selecciona para que sea igual a la inducción magnética. Por tanto, el esquema de la figura 10 puede transformarse en la estructura de la figura 21, en la que las flechas densas indican la orientación de la remanencia en los nuevos componentes.

Para minimizar la distorsión de campo debida a la abertura del imán, deben eliminarse las singularidades de campo en las dos nuevas esquinas A'_{1}, A'_{2}. La cancelación de las singularidades es un caso particular de la configuración de la figura 22 que muestra la cuña de \mu = \infty que conecta con los dos medios en los que las intensidades de campo \overline{H}_{0}, \overline{H}_{1} son perpendiculares a las caras de la cuña. La cuña es equipotencial y las densidades de carga superficial en sus caras son

(2.15)\sigma_{0} = \mu_{0}H_{0},

\hskip0.5cm

\sigma_{1} = \mu_{1}H_{1}

La densidad de carga \sigma en la superficie de contacto entre las dos cuñas es

(2.16)\sigma = \mu_{0}H_{0} cos(\alpha_{0} - \alpha) + \mu_{0}H_{1} cos \alpha

en la que el ángulo \alpha satisface la condición de contorno

(2.17)H_{0} sen (\alpha_{0} - \alpha) = H_{1} sen \alpha

Supóngase que la región de intensidad \overline{H}_{0} es un medio no magnético y la región de intensidad \overline{H}_{1} es un medio magnético de remanencia \overline{J}. En virtud de la ecuación (2.17), \overline{J} satisface la ecuación

(2.18)\sigma = \overline{J} \cdot \overline{n}

en la que el vector unitario \overline{n} es perpendicular a la superficie de contacto entre los medios magnético y no magnético, y está orientado hacia el medio no magnético, tal como se muestra en la figura 22. La componente de \overline{J} paralela a la superficie de contacto entre los medios magnético y no magnético puede escogerse arbitrariamente. Por tanto, la orientación de \overline{J} puede seleccionarse para dirigir el flujo en la misma dirección arbitraria tanto en el medio magnético como en el medio ferromagnético.

En el caso particular mostrado en la figura 23, en el que

(2.19)\alpha = \alpha_{0},

se obtiene H_{1} = 0, es decir, la región del material magnético es equipotencial, y en virtud de las ecuaciones (2.15) y (2.16)

(2.20)\sigma_{1} = 0,

\hskip0.5cm

\sigma = \sigma_{0}

Por tanto, se satisface el teorema de la existencia de un campo uniforme en las proximidades del borde de la cuña. Si la remanencia \overline{J} se selecciona para que sea paralela a la superficie de contacto entre la cuña de \mu = \infty y el material magnético, en el que \overline{J} = \overline{B}, las líneas de flujo de la inducción magnética son paralelas a la misma superficie de contacto en ambos medios, tal como se muestra en la figura 23.

La transformación de la estructura magnética de la figura 10 en la estructura de la figura 21 da como resultado A_{1}, A_{2}, siendo los puntos de intersección del material magnético únicamente. Con la eliminación del material de \mu = \infty de A_{1} y A_{2}, se elimina una singularidad de la intensidad de campo en ambos puntos si las densidades de carga \sigma_{1}, \sigma_{2} definidas por las ecuaciones (2.10) satisfacen la condición

(2.21)\sigma_{1}\overline{\tau}_{1} + \overline{\sigma}_{2} \overline{\tau}_{2}+ \overline{\sigma} \overline{\tau}_{0} = 0

en la que \overline{\tau}_{0}, \overline{\tau}_{1}, \overline{\tau}_{2} son los vectores unitarios definidos en la figura 19 y \sigma es la densidad de carga superficial dada por la ecuación (2.18). Por tanto, se eliminan las singularidades de campo en los puntos A_{1}, A_{2} independientemente de la distribución del campo dentro de la cavidad.

Tal como se muestra en el esquema de la figura 14, la abertura lateral de la cavidad del imán genera una perturbación relativamente pequeña del campo uniforme para la estructura bidimensional. Para analizar la distribución del campo de un imán abierto tridimensional, se supone que la estructura de la figura 14 está truncada en los planos z = \pmz_{0}, tal como se muestra en la figura 11. La figura 24 representa el campo magnético H_{y} a lo largo del eje x de la cavidad para varios valores de la longitud z_{0}. Tal como se observa en la figura, siempre que la longitud 2z_{0} sea suficientemente mayor que la dimensión 2y_{0} transversal de la cavidad, el aumento adicional de la longitud sólo añade mejoras limitadas a la intensidad del campo y a su uniformidad. También se observa que el cálculo bidimensional describe con bastante exactitud la distribución del campo magnético en la región central del imán.

Se realizó un cálculo tridimensional para analizar el comportamiento del campo marginal cuando aumenta la distancia desde el imán. Como ejemplo, supongamos una longitud z_{0} del imán abierto

(2.22)z_{0} = 1,25 y_{0}

Las líneas equipotenciales fuera del imán se representan en las figuras 26 y 27. A una gran distancia del imán, las líneas equipotenciales corresponden al campo de un dipolo magnético localizado en el centro del imán y orientado en la dirección del eje y.

La magnitud del campo en el plano x = 0 para una estructura dada por la ecuación (2.22) se muestra en la figura 28. El campo marginal se muestra representando las curvas de campo constante, la magnitud de H suponiendo K = 0,3 y J_{0} = 1,25 T, que corresponde a una aleación de neodimio - hierro - boro, usándose materiales magnéticos de tierras raras del tipo de alta energía. En particular, a pesar de la gran abertura en la pared lateral, el campo de dispersión magnética es bajo, encontrándose la línea de 5 Gauss, que normalmente se supone para definir la extensión del campo de dispersión magnética, cerca de la esfera de radio 6,7 y_{0}.

La representación de la componente y del campo magnético a lo largo de los ejes x e y dentro de la cavidad 72 se muestra en la figura 25. Se observa que la región de mayor uniformidad se localiza en la región central de la cavidad, a diferencia de la configuración de campo de los imanes C tradicionales. El centro de la uniformidad está en el punto x = -0,15, y = 0, y la uniformidad de campo dentro de una región imaginaria de diámetro 0,5y_{0} es del 0,35%. La figura 29 es una sección transversal de la estructura completa que muestra las líneas equipotenciales del campo en la cavidad.

3. Estructura de filtro

Esta sección analiza el problema de la compensación de la distorsión del campo dentro de la región de obtención de imágenes del imán abierto de la figura 11. La compensación se basa en la adición de una estructura de filtro diseñada para cancelar los armónicos espaciales dominantes del campo dentro de la región de obtención de imágenes. La cancelación se extiende al número de armónicos necesarios para lograr la uniformidad de campo requerida.

La teoría básica del diseño de las estructuras de filtro se ha presentado en recientes publicaciones de los autores [4, 5, 6]. La teoría se basa en la modulación del potencial magnetostático en la superficie de contacto entre la estructura magnética y la cavidad central, lograda mediante la intercalación de elementos de material 200 magnético permanente entre el cuerpo principal de los componentes 202 ferromagnéticos blandos y las placas magnéticamente aisladas del material 204 ferromagnético blando tal como se indica en el esquema de la figura 30 [6].

Por simplicidad, esta sección se limita al problema bidimensional de la compensación de la distorsión de campo producida por la apertura del imán en el límite z_{0} = \infty, y las modificaciones necesarias se describirán sólo para la mitad del imán en la región y > 0, siendo implícitos los cambios simétricos correspondientes en la otra mitad del imán. La figura 40B, a continuación, ilustrará la distorsión de campo y, en particular, las singularidades generadas por el desajuste de campo entre la cavidad central y la lateral. Con el fin de minimizar este desajuste, una forma preferida de compensación de la distorsión de campo se realiza en tres etapas.

La primera etapa supone la presencia de una membrana 206 de \mu = \infty hipotética entre la cavidad central 208 y la lateral 210 (figura 31). La compensación de la distorsión de campo en la cavidad 208 central se logra mediante una estructura 212 de filtro localizada sobre la superficie de las piezas 202 polares ferromagnéticas en la región

(3.1)x_{0} < |x| < x_{1}

La estructura del filtro, que puede diseñarse para generar un campo altamente uniforme en la cavidad 208 central y que se muestra a escala ampliada en la figura 30, proporciona la mayor parte de la compensación del campo.

Dado que la compensación de la distorsión de campo en la cavidad 208 central no está destinada a restaurar el valor del campo en el imán cerrado, la segunda etapa es una modificación de la cavidad 210 lateral, de manera que se minimice el efecto del desajuste de campo tras la eliminación de la membrana 206 de \mu = \infty. La modificación puede ser, o bien una disminución de las remanencias de los componentes magnéticos en la cavidad lateral o del valor de K de la cavidad lateral, tal como se trata en la sección 2. Para reducir adicionalmente la perturbación producida por la eliminación de la membrana de \mu = \infty, parte de los componentes 202 ferromagnéticos puede sustituirse por inserciones de material 215 magnético (véase la figura 35) que se diseñan para ayudar a mantener la uniformidad de campo. La tercera etapa es una puesta a punto final de la estructura de filtro y ajustes menores de las remanencias de los componentes magnéticos seleccionados con el fin de obtener la región de obtención de imágenes mayor posible.

La primera etapa de la compensación comienza con la expansión del potencial en la cavidad central como

(3.2)\Phi (x,y) = \Phi_{1}\frac{y}{y_{1}} + \sum\limits^{\infty}_{n=1} sen(n\pi y/y_{1}) [a_{n}cosh(n\pi x/y_{1}) + b_{n}senh(n\pi x/y_{1})],

en las que \Phi1 es el potencial de la membrana de \mu = \infty que cierra la cavidad lateral en y = y_{1}. Para mejorar la uniformidad del campo, la estructura de filtro está diseñada para cancelar un número especificado de armónicos en la expansión (3.2). Dado que los coeficientes a_{n} y b_{n} disminuyen rápidamente cuando aumenta n, sólo es necesario cancelar los primeros armónicos con el fin de obtener un campo altamente uniforme.

La figura 31 muestra el imán con una estructura 212 de filtro diseñada para cancelar los términos que tienen n \leq 3. Las estructuras intercaladas magnéticas del filtro se etiquetan con un índice 1 = \pm1, \pm2,..., correspondiendo 1 positivo a los elementos intercalados que tienen coordenada x positiva y 1 negativo a aquellos que tienen coordenada x negativa. El par de elementos intercalados más alejado del centro del imán se etiqueta 1 = \pm1, el siguiente par más alejado 1 = \pm2, y así sucesivamente. Las magnitudes de los cambios de potencial que deben generarse por los elementos intercalados con el fin de cancelar los armónicos especificados pueden minimizarse escogiendo la anchura \Deltax_{1} horizontal para el 1^{er} elemento intercalado del filtro según la regla [2]

(3.2)\Delta x_{1} = \frac{y_{1}}{|l|\pi}

Los coeficientes a_{n} y b_{n} dependen linealmente de los potenciales del elemento intercalado y, por tanto, los potenciales necesarios para cancelar los armónicos seleccionados pueden determinarse resolviendo un sistema de ecuaciones lineales [4, 5, 6]. La tabla en la figura 32 enumera los coeficientes armónicos antes y después de la cancelación de los armónicos con n \leq 3 obtenidos para la geometría dada por la figura 31, y la figura 33 representa el potencial en y = y_{1}, que muestra los cambios que deben producirse por los elementos intercalados, representados como 6 etapas para cancelar los armónicos principales. El perfil de la región 230 de obtención de imágenes que tiene una uniformidad de mejor que 50 ppm se muestra en la figura 34, La periodicidad aproximada del perfil refleja los armónicos de n = 4, que son los términos restantes dominantes en la expansión (3.2).

Si la membrana 206 de \mu = \infty se eliminara en este punto, se producirían fuertes singularidades en las esquinas por la abertura a la cavidad 210 lateral, tal como se describe en la sección 2, estropeando la uniformidad del campo central. Para evitar esto, o bien la \overline{J} o la K de la cavidad lateral se disminuye de manera que el campo que produce se corresponda con el de la cavidad central, justo por debajo del centro de la membrana de \mu = \infty. Adicionalmente, las inserciones 215 de material magnético permanente sustituyen parte de los componentes 202 ferromagnéticos cerca de la cavidad 208 lateral tal como se ilustra en la figura 35. Las remanencias de las inserciones se escogen de manera que el campo magnético desaparezca dentro de ellas. Esta condición garantiza que el campo en la cavidad 208 central, con la membrana de \mu = \infty todavía en su sitio, resulte inalterado. Las remanencias requeridas no son uniformes y pueden determinarse a partir de la ecuación

(3.4)\overline{J} (x,y) = H_{y}\left[x\mp (y-y_{1}) \frac{K}{\sqrt{1-K^{2}}}\right]\left(\overline{x}\pm\overline{y} \frac{K}{\sqrt{1-K^{2}}}\right)

en la que H_{y}(x) es el campo magnético justo por debajo del plano y = y_{1} antes de la introducción de las inserciones. El signo superior se aplica a la inserción con x > 0 y el signo inferior a la que tiene x < 0; la orientación \overline{J} en las inserciones es perpendicular a la de los triángulos 36, 37 adyacentes del material magnético (figura 5).

El fin de las inserciones 215 es fijar la carga magnética cerca de la abertura a la cavidad 210 lateral, de manera que la carga concuerde con el campo altamente uniforme obtenido en la primera etapa de la compensación. La figura 36 compara el campo magnético a través de la abertura a la cavidad 210 lateral antes (línea discontinua) y después (línea continua) de la eliminación de la membrana 206 de \mu = \infty. Sorprendentemente, la uniformidad de campo se mejora realmente por la eliminación de la membrana, lo que sugiere que la cavidad 210 lateral actúa como un estabilizador de campo para la cavidad 208 central. El motivo para esto es que la eliminación de la membrana fuerza a que el campo, y no sólo el potencial, sea continuo a través de la abertura.

Tras la eliminación de la membrana de \mu = \infty, queda una distorsión residual del campo central, tal como se indica en 250 por la extensión de las regiones de obtención de imágenes de 50 ppm mostradas en la figura 37. Esto puede corregirse mediante pequeños ajustes de los elementos intercalados magnéticos de la estructura 212 de filtro, junto con ligeras modificaciones de las remanencias de los componentes seleccionados del material magnético. Puesto que las correcciones necesarias son pequeñas, hay una flexibilidad considerable en la elección de qué componentes magnéticos modificar.

Para calcular las correcciones, el potencial se expande como en la ecuación (3.2), pero sustituyendo y_{1} por y_{2}, la distancia desde el origen hasta la parte superior de la cavidad lateral, y sustituyendo \Phi_{1} por \Phi_{2}, el potencial en la parte superior de la cavidad lateral. De nuevo, puede cancelarse un número de armónicos igual al número de grados de libertad disponibles. Puesto que y_{2} > y_{1}, debe cancelarse un número mayor de armónicos con el fin de lograr una región de obtención de imágenes comparable a la obtenida antes de la eliminación de la membrana de \mu = \infty. Al igual que en la primera etapa de la compensación, el cálculo se aprovecha de la dependencia lineal de los coeficientes de expansión de los grados de libertad.

Para el ejemplo representado en la figura 37, los 10 armónicos con n \leq 5 pueden cancelarse ajustando los 6 elementos intercalados magnéticos de la estructura 212 de filtro y las remanencias de 4 componentes del material magnético, hallándose los ajustes apropiados resolviendo un sistema de 10 ecuaciones lineales. La región 220 de obtención de imágenes de 50 ppm obtenida a partir de tal cálculo está indicada por la figura 38. Los 4 componentes del material magnético que se modificaron están marcados cada uno con un +. Obsérvese que la región de obtención de imágenes se extiende hasta la parte 222 superior de la cavidad 210 lateral y que no hay efecto discernible de singularidades de la esquina. De hecho, la región final de obtención de imágenes se compara favorablemente con la que tiene la membrana \mu = \infty todavía en su sitio (figura 34).

Se expone adicionalmente en el presente documento el origen de las singularidades y distorsiones de campo y se describe una solución alternativa que usa estructuras de filtro tanto sobre las caras de la pieza polar, así como sobre la cara superior del imán que limita con la cavidad lateral, lo que evita la necesidad de inserciones magnéticas.

Tal como se explicó anteriormente, cuando se abre la estructura magnética, se generan singularidades en las esquinas de los imanes 73 internos que se encuentran más cerca de la región de obtención de imágenes. En estas singularidades, A_{1}, A_{2}, el campo magnético diverge. Las singularidades pueden cancelarse cambiando la remanencia del material en el imán interno. La figura 40B es un gráfico que representa el campo que resulta a lo largo de la línea A_{1}-A_{2} y la figura 40C muestra el potencial magnetostático correspondiente. La línea 80 discontinua muestra la componente y del campo magnético en el plano de las esquinas, en este caso y = y_{0}/2, antes de cambiar la remanencia. Las singularidades 81 se producen en x = \pmy_{0}/2. La línea 82 continua muesstra el campo obtenido una ve canceladas las singularidades (K = 0,3). La línea 83 discontinua en la figura 40C muestra el potencial en y = y_{0}/2 para el imán antes de la cancelación de las singularidades. La inclinación corresponde a la abertura al imán interno. Tal como se indica por la línea 84 continua, el potencial es casi constante una vez canceladas las singularidades (K = 0,3).

Incluso tras la cancelación de las singularidades, queda una falta de uniformidad residual en la abertura al imán interno. Tal como se muestra en la figura 40A, la línea 85 discontinua muestra el potencial para y = y_{0}2 a escala ampliada. La uniformidad puede mejorarse añadiendo una estructura de filtro al imán permanente interno. La línea 86 continua muestra el potencial obtenido cuando se cancelan los 3 primeros armónicos mediante la estructura de filtro añadida.

La estructura de filtro puede tomar diversas formas. La estructura preferida es la de unos filtros 99 magnéticos que consisten en bloques de imán permanente entre placas de alta permeabilidad, tal como se ilustra en las figuras 39 y 40, en las que las dos placas 100, 102 de alta permeabilidad, por ejemplo, de hierro dulce, se intercalan con un disco 103 magnético, por ejemplo, de ferrita dura. En la realización alternativa, la estructura 99 de filtro se localiza preferiblemente como un revestimiento interno de los bloques 60, 61 ferromagnéticos blandos y la placa 62 magnética, respectivamente, tal como se muestra en la figura 41 como estructuras de filtro primaria 105 y secundaria 107.

La figura 41 muestra 6 elementos primarios y 5 elementos 107 secundarios. El potencial de la placa externa de cada elemento puede variarse continuamente modificando la cantidad de material imantado contenido dentro. Tal como se observará, los elementos del filtro 107 secundario son del mismo tamaño, pero los del filtro primario aumentan de tamaño lateral en proporción a su distancia desde el centro de la cavidad.

La figura 42 es una vista similar a la figura 11 en la que también se muestran los bloques 141, 147, 148, 144, 164, 166, 167 magnéticos permanentes individuales y los componentes de hierro dulce interno 152 y externo 172. El componente 172 de hierro dulce externo o culata es grueso donde la densidad de flujo es la mayor y delgado donde la densidad de flujo disminuye. La línea 142 delgada representa el suelo de la cavidad 140 y normalmente sería la superficie superior de una plataforma 150 de soporte (figura 44). Un paciente 151, mostrado de manera imaginaria, ocuparía la cavidad 140 tumbado, normalmente, sobre su espalda. La región de obtención de imágenes estaría centrada muy cerca del origen del sistema de coordenadas xyz mostrado. En la cavidad 140, el campo está orientado en la dirección y, tal como se muestra por las líneas equipotenciales en la región interna del imán, tal como se muestra en la figura 29. La estructura de la figura 42 se ha desarrollado en dos niveles de intensidad de campo, 3.500 x 10^{-4} Teslas y 5.000 x 10^{-4} Teslas (3.500 Gauss y 5.000 Gauss). Una uniformidad de campo mejor que 50 ppm se logra en una región de obtención de imágenes de dimensión mínima 2r_{0} = 24 cm. El material del imán es una aleación de neodimio-hierro-boro con remanencia nominal B_{r} = 12.900 x 10^{-4} Teslas (Br = 12.900 Gauss) y la coercitividad intrínseca es de 14.000 x 79,58 A/m (H_{ci} = 14.000 Oersteds). El peso del material magnético es de 2,5 toneladas a 3.500 x 10^{-4} Teslas (3.500 Gauss) y de 3,5 toneladas a 5.000 x 10^{-4} Teslas (5.000 Gauss). El peso total, incluyendo la culata, es de 7,5 toneladas para el campo de 3.500 x 10^{-4} Teslas (3.500 Gauss) y de 11 toneladas para el campo de 5.000 x 10^{-4} Teslas (5.000 Gauss). El campo de dispersión magnética es bajo a pesar de la gran abertura, tal como se muestra en la figura 28 por las líneas de igual magnitud de campo en el plano x = 0.

En la realización descrita, para lograr la uniformidad de campo descrita, se añadieron las estructura 105, 107 de filtro, tal como se muestra en la figura 43, tanto en los lados 154, 155 internos del componente 160 ferromagnético interno, como en el lado interno del bloque 141 magnético permanente interno. Pueden encontrarse los detalles para el diseño de estas estructuras de filtro preferidas y en dos artículos publicados, uno en J. Appl. Phys. 76 (10) 15 de noviembre de 1994, págs. 6247-6262, y el otro titulado "Linear Theory of Pole Piece Design in Permanent Magnets" en el Proc. of the Thirteenth Int. Workshop on Rare Earth magnets and their Applications, 11-14 de septiembre de 1994, Birmingham, RU.

Aunque se prefieren estas estructuras de filtro, se entenderá que la invención no se limita a usar tales estructuras para compensar las distorsiones de campo descritas y que pueden usarse otras estructuras de compensación en su lugar.

En esencia, la estructura de la figura 42 puede considerarse tal como sigue. Una estructura general en forma de C, abierta en los extremos a lo largo de la dirección z, que define una cavidad 140 principal generalmente rectangular que tiene una anchura en la dirección y, y una altura en la dirección x. La cavidad 140 principal rectangular combina la cavidad 208 central (figura 31) y las dos cavidades 210 laterales adyacentes. Un campo magnético horizontal se genera en la dirección y mediante los bloques 141 magnéticos rectangulares internos que se extienden en la dirección x en ambas paredes 142, 143 laterales y se superponen sobre los bloques 144 magnéticos rectangulares externos también en ambas paredes laterales. La pared inferior se designa con 174. Los bloques 141 magnéticos internos tienen cada uno unos bloques magnéticos superior e inferior cuyas remanencias (magnitud y dirección) son tales que producen inducción cero externamente. En las realizaciones preferidas, los bloques superior e inferior están formados cada uno por las secciones 147, 148 triangulares en la parte superior y por las secciones 149, 150 en la parte inferior, tal como se explica en relación con la figura 5. Dicho de otro modo, la forma (ángulos) y la remanencia de las secciones triangulares se escogen de manera que no haya flujo en las secciones 147-150 triangulares. Los bloques 144 magnéticos externos, también de forma rectangular, sirven para aumentar el campo dentro de la cavidad 140. Para este fin, preferiblemente, la remanencia de las secciones 141, 147-150 magnéticas internas son como máximo iguales a las de los bloques 144 magnéticos externos. Un bloque 152 ferromagnético interno con superficies 154, 155 polares enfrentadas, separa las secciones 141, 144 magnéticas anidadas superpuestas y sirve como un soporte para los elementos de filtro (no mostrados en la figura 42) y para mejorar la homogeneidad del campo. Las secciones 144 magnéticas rectangulares externas están terminadas en la parte superior e inferior por bloques magnéticos que sirven para mantener la uniformidad de campo a pesar de las transiciones en las superficies 160 y 161 que representan el material magnético de diferentes espesores separado en diferentes diferencias del entrehierro en la cavidad 140, en otras palabras, como resultado de las partes que se proyectan lateralmente (en los bloques magnéticos adicionales que están en la dirección y) designadas como 180, 182, que son necesarias para mantener líneas equipotenciales en la dirección x, tal como se ilustra en la figura 13. En las realizaciones preferidas, estos bloques de terminación son secciones 164 magnéticas trapezoidales en la parte superior y 166 y 167 en la parte inferior. Tal como se explica en relación con la figura 2, estas secciones 164, 166, 167 trapezoidales tienen la misma magnitud de remanencia que la de las secciones 144 rectangulares. Los tamaños de todos los bloques magnéticos se determinan fácilmente siguiendo la metodología descrita anteriormente, una vez que se escoge el material magnético, preferiblemente del tipo de alta energía descrito. Las dimensiones del cuerpo 152 ferromagnético interno se determinan mediante la separación entre las superficies 154 enfrentadas que define la abertura 170 de la pared lateral y el tamaño del material necesario para transportar el flujo generado por las secciones magnéticas. La forma de la culata 172 externa que rodea las paredes 142, 143 laterales y forma la pared 174 inferior de la estructura se determina de nuevo mediante la densidad de flujo transportada. Se prevén estructuras 104, 105, 112 de filtro sobre las superficies 154, 155 internas de los cuerpos 152 ferromagnéticos, tal como se explica en relación con las figuras 34 y 41, para compensar las faltas de uniformidad del campo residual que queda y, en efecto, pone a punto la estructura para producir las líneas equipotenciales, tal como se ilustra en la figura 7, líneas equipotenciales en la cavidad que corren paralelas al plano x-z. Preferiblemente tal como se describe en relación con la figura 35, la compensación del campo incluye, no sólo la estructura 212 de filtro primaria, sino también las inserciones 215 magnéticas. Alternativamente, tal como se muestra en la figura 41, los medios de compensación de campo son estructuras 105 de filtro previstas sobre las superficies 154, 155 internas de las partes ferromagnéticas que se proyectan lateralmente y las estructuras 107 de filtro previstas sobre las superficies internas de ambas secciones 141 magnéticas rectangulares. Las estructuras de filtro sobre las superficies opuestas no son visibles en la figura 41, pero son las mismas que las mostradas sobre la superficie opuesta.

La invención también puede considerarse como una primera estructura 144, 164, 166, 167 magnética independiente con piezas 160 polares que producen un campo magnético uniforme dentro de una cavidad central, con una segunda estructura 141, 147, 148, 149, 150 magnética independiente insertada dentro de las piezas 160 polares para proporcionar cavidades laterales adyacentes a los lados opuestos de la cavidad central para proporcionar una cavidad 140 principal general mayor para alojar un cuerpo humano completo para la obtención de imágenes por RMN. La segunda estructura magnética independiente proporciona en las cavidades laterales, el mismo campo magnético uniforme para soportar la corrección de las distorsiones de campo dentro de la cavidad central que surgen de la abertura de la pared 170 lateral. En lugar de seguir el diseño tradicional de los imanes abiertos, en el enfoque de diseño descrito en la sección 1, la cavidad del imán es la combinación de cavidades individuales de estructuras magnéticas independientes insertadas dentro de las piezas polares de una estructura externa abierta al medio exterior. Las estructuras internas independientes no están abiertas al medio externo y están diseñadas para generar un campo uniforme dentro de sus cavidades respectivas. Como consecuencia, contribuyen a la corrección de la distorsión del campo dentro de la cavidad de la estructura externa abierta del imán.

Este enfoque de diseño da como resultado la lógica de la compensación de la distorsión del campo descrita en la sección 3. La principal corrección de la distorsión se logra con una estructura de filtro aplicada a las piezas polares de la estructura externa abierta del imán y la corrección de orden superior se logra mediante una modificación de los parámetros de diseño de los componentes magnéticos, incluyendo los componentes de las estructuras cerradas internas. Una parte esencial de la corrección de orden superior es la compensación de las singularidades de campo asociadas con cualquier desajuste de campo residual en la superficie de contacto entre las cavidades de las estructuras de imán individuales, tal como se describe en las secciones 2 y 3.

Se entenderá que la invención no está limitada a las formas y tamaños particulares de los componentes tal como se muestra y que también se consideran dentro del alcance de la invención otras configuraciones obtenidas siguiendo la metodología de diseño descrita que resulta de una elección de parámetros magnéticos diferentes y tamaños de abertura diferentes. Por ejemplo, la realización de la figura 42 proporciona una cavidad principal rectangular. La figura 45A ilustra otra realización que emplea imanes 230 de forma triangular diferente para sustituir a los imanes 147, 148, 149, 150 internos correspondientes en la realización de la figura 42 y forman una cavidad principal hexagonal. La realización de la figura 45B emplea bloques 232 magnéticos trapezoidales para sustituir a los imanes 164, 166, 167 externos correspondientes en la figura 42. La realización de la figura 45C combina los imanes internos de la figura 45A con los imanes externos de la figura 45B. La culata 172 está representada en las tres figuras por las líneas circundantes más gruesas.

El campo altamente uniforme generado en la cavidad principal del imán abierto presentado en esta solicitud es el resultado del enfoque de diseño definido en la sección 1 y el desarrollo de las estructuras de filtro y de compensación analizadas en las secciones 2 y 3.

El imán presentado en este documento parece ser adecuado para la aplicación médica, particularmente debido a la notable proximidad de la región de alta uniformidad de campo a la abertura del imán. La gran abertura de tal imán compacto hace posible integrar el "gantry" del dispositivo de exploración en una zona quirúrgica con interferencia mínima con el instrumental quirúrgico.

Para resumir, la metodología de diseño del imán permanente descrita en el presente documento conduce a una estructura prismática abierta (figura 2) que minimiza los problemas encontrados en el diseño tradicional. El acceso al paciente se consigue a través de la gran abertura en la parte superior, así como desde los extremos de la estructura. La cavidad rectangular del imán está diseñada para una posición horizontal del paciente. A diferencia de la configuración de campo tanto de un imán C tradicional como del imán abierto superconductor, la intensidad máxima del campo y la región de la mayor uniformidad se localizan en la región central de la cavidad rectangular, alrededor del centro. En una realización, las dimensiones de la cavidad son: altura de 40 cm, anchura de 80 cm, longitud de 100 cm, y la anchura de la abertura superior es de 40 cm.

Los resultados muestran que se logra un campo magnético que produce una intensidad de campo de hasta 5.000 Gauss con las prácticas dimensiones del imán novedoso. En particular, a menos que se establezca el límite del campo superior por necesidades diagnósticas, se logra un campo inferior de 350 x 10^{-3} Teslas (3.500 Gauss) y un campo de dispersión magnética bajo con una estructura extraordinariamente compacta y de peso moderado.

Aunque la invención se ha descrito junto con realizaciones específicas, será evidente para los expertos en la técnica que muchas alternativas, modificaciones y variaciones serán evidentes a la luz de la descripción anterior. En consecuencia, la invención tiene por objeto abarcar todas esas alternativas, modificaciones y variaciones que caen dentro del alcance de las reivindicaciones adjuntas.

Apéndice

[1] Abele M. Structures of permanent magnets. John Wiley and Sons, Nueva York, 1993.

[2] Jensen JH, Abele MG. Effects of field orientation on field uniformity in permanent magnet structures. J Appl Phys 76(10), 6853-6855, 1994.

[3] Abele MG, Rusinek H. Field computation in permanent magnets with linear characteristics of magnetic media and ferromagnetic materials. Technical Report 24, Universidad de Nueva York, 15 de agosto de 1991.

[4] Abele MG, Jensen J, Rusinek H. Linear Theory of Pole Piece Design in Permanent Magnets. Proceeding of XIII International Workshop on Rare-Earth Magnets and Applications. CAF Manwaring, DGR Jones, AJ Williamns e IR Harris, Eds. Universidad de Birmingham, Edgbaston, Reino Unido, págs. 167-176, 1994.

[5] Abele MG. Generation of highly uniform fields with permanent magnets. Informe técnico Nº 26, Departamento de Radiología, Facultad de Medicina de la Universidad de Nueva York, 15 de junio de 1994.

[6] Abele MG. Generation of highly uniform fields with permanent magnets (artículo científico presentado en una conferencia). J Appl Phys 76(10), 6247-6252, 1994.

Claims (12)

1. Estructura magnética híbrida que comprende:

b)

paredes (71-1) laterales separadas y una pared (71-2) inferior con la que conecta, que definen una cavidad (58, 140, 208) interior de un sistema de coordenadas xyz que tiene un origen generalmente en el centro de la cavidad y en la que el eje x se extiende verticalmente hacia arriba desde la pared inferior, el eje y se extiende horizontalmente en general paralelo a la pared inferior y el eje z se extiende en toda la longitud de la cavidad interior generalmente paralelo a las paredes inferior y lateral,

c)

un sistema magnético primario que comprende una primera estructura (63, 65, 67, 68) magnética permanente y piezas (60, 61) polares ferromagnéticas opuestas y separadas primera y segunda sobre la estructura magnética y que flanquean la cavidad (58, 140, 208) interior que tiene al menos una abertura de acceso de extremo situada a lo largo del eje z y que da hacia una abertura (56) de acceso lateral en el sistema magnético primario, generando dicho sistema magnético primario un campo magnético uniforme dentro de una primera región de interés de la cavidad interior, siendo accesible dicha primera región de interés a través de las aberturas de extremo y lateral,

d)

una estructura magnética secundaria que comprende los imanes (62, 64, 66) permanentes opuestos segundos y terceros, insertado cada uno en una de las piezas (60, 61) polares ferromagnéticas primera y segunda, estando configurados dichos imanes permanentes segundos y terceros para definir las cavidades (210) laterales primera y segunda adyacentes y entre la cavidad (58, 140, 208) interior y los imanes (62, 64, 66) permanentes segundos y terceros, respectivamente, generando dicha estructura magnética secundaria dentro de las regiones segunda y tercera de interés dentro de las cavidades laterales primera y segunda, respectivamente, sustancialmente el mismo campo magnético uniforme que el generado dentro de la primera región de interés dentro de la cavidad (58, 140, 208) interior por el sistema magnético primario, para proporcionar así una región de interés ampliada que combina las regiones de interés primera, segunda y tercera y que tiene un campo magnético uniforme.

2. Estructura magnética híbrida según la reivindicación 1, caracterizada porque:

c)

la estructura magnética híbrida comprende medios (104, 105, 112) sobre las superficies de las piezas polares para compensar las distorsiones de campo dentro de la cavidad interior que surgen de la abertura (56) de acceso lateral.

3. Estructura magnética híbrida según la reivindicación 2, caracterizada porque los medios para la compensación comprenden una estructura (105, 112, 212) de filtro aplicada a las superficies de las piezas (160, 202) polares que dan hacia la cavidad (58, 140, 208) interior.

4. Estructura magnética híbrida según la reivindicación 3, caracterizada porque los medios para la compensación comprenden estructuras intercaladas que comprenden inserciones (200) magnéticas situadas en las regiones entre las piezas polares y la estructura magnética secundaria.

5. Estructura magnética híbrida según la reivindicación 3, caracterizada porque los medios para la compensación comprenden una estructura (107) de filtro secundaria aplicada a las superficies de la estructura (141) magnética secundaria que da hacia las cavidades laterales.

6. Estructura magnética híbrida según la reivindicación 1, caracterizada porque:

d)

cada pared (71-1) lateral comprende un primer bloque (141) magnético permanente de forma rectangular que se extiende paralelo al plano x-z y que está imantado en la dirección y con bloques magnéticos permanentes segundos (148) y terceros (150) superior e inferior que se extienden en la dirección y, y que forman con el primer bloque magnético permanente una estructura magnética en la que la superficie exterior tiene equipotencial sustancialmente cero y se genera el campo magnético uniforme dentro de la cavidad interior en la dirección y,

e)

cada pared lateral comprende además los bloques ferromagnéticos blandos cuartos (160) y quintos (160) que se extienden en la dirección y, y se colocan fuera, respectivamente, de los bloques magnéticos permanentes segundos (148) y terceros (150), estando separados entre sí dichos bloques ferromagnéticos cuartos en las paredes laterales opuestas, definiendo una abertura (170) superior generalmente alargada en la parte superior de la estructura y extendiéndose en la dirección z,

f)

una culata (172) ferromagnética que rodea a las paredes laterales e inferior de la estructura para cerrar la trayectoria del flujo generado por los bloques magnéticos permanentes.

7. Estructura magnética híbrida según la reivindicación 6, que comprende además los bloques magnéticos permanentes sextos (144) y séptimos (144) situados en ambas paredes laterales y que rodean a los respectivos bloques (141) magnéticos permanentes primeros y que están imantados en la misma dirección y para producir líneas de campo equipotenciales que se extienden en la cavidad en la dirección x.

8. Estructura magnética según la reivindicación 7, que comprende además las secciones magnéticas permanentes trapezoidales octavas (164) y novenas (167) situadas en las paredes laterales adyacentes a los lados superior e inferior de los bloques magnéticos permanentes sextos (144) y séptimos (144), respectivamente.

9. Estructura magnética según la reivindicación 8, caracterizada porque las primeras estructuras (105) de filtro están montadas sobre las superficies (154) separadas y enfrentadas de los bloques ferromagnéticos blandos cuartos (160) y quintos (160).

10. Estructura magnética según la reivindicación 9, caracterizada porque los bloques (141) magnéticos permanentes primeros tienen superficies internas que limitan, respectivamente, con las cavidades (210) laterales primera y segunda y las segundas estructuras (107) de filtro están montadas sobre las superficies internas de los bloques (141) magnéticos permanentes primeros.

11. Estructura magnética híbrida según la reivindicación 1, caracterizada porque:

d)

cada pared lateral comprende un primer bloque (141) magnético permanente de forma rectangular que se extiende en la dirección x y que está imantado en la dirección y, extendiéndose los bloques magnéticos permanentes segundos (148) y terceros (150) de forma triangular superior e inferior en la dirección y,

e)

cada pared lateral comprende además los bloques (160) ferromagnéticos blandos cuartos y quintos que se extienden en la dirección y, y se colocan fuera, respectivamente, de los bloques magnéticos permanentes segundos y terceros, estando separados entre sí dichos bloques ferromagnéticos cuartos en las paredes laterales opuestas, definiendo una abertura (170) superior generalmente alargada en la parte superior de la estructura y extendiéndose en la dirección z,

f)

una culata (172) ferromagnética que rodea a las paredes laterales e inferior de la estructura,

g)

pares sexto (144), séptimo (164) y octavo (166) de bloques magnéticos permanentes situados entre los bloques primeros (141, 148, 150, 160) a quintos (172) y la culata (172), siendo dichos bloques (144) sextos rectangulares y estando situados cada uno detrás de un primer bloque (141) y estando imantados en la misma dirección que los bloques primeros, teniendo dichos bloques (164) séptimos una sección transversal trapezoidal y estando situados en los lados opuestos de la abertura (170) superior, teniendo dichos bloques (166) octavos una sección transversal trapezoidal y estando situados adyacentes a la pared (174) inferior.

12. Estructura magnética según la reivindicación 11, caracterizada porque cada uno de los bloques (141, 148, 150) primeros a terceros y (144, 164, 166) sextos a octavos tiene superficies externas y estando cada uno imantado en una dirección perpendicular a su superficie externa.