ES2337474T3 - Estructura de iman para aparato de irm y aparato de irm. - Google Patents
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Abstract
Estructura de imán para un aparato de IRM que utiliza un imán permanente, estructura de imán que tiene una forma de U invertida con dos piezas polares (1, 2) horizontales opuestas, esencialmente paralelas, que están soportadas a una distancia predeterminada entre sí por una culata magnética (3) con forma de U invertida, delimitando las piezas polares (1, 2) y al menos una parte de la culata (3) una cavidad (4) para alojar al menos una parte del cuerpo de un paciente, mientras que se genera un volumen parcial (5) en el volumen de dicha cavidad, que tiene valores de campo magnético tales como para proporcionar imágenes IRM de una calidad suficiente para permitir el uso de las mismas como imágenes de diagnóstico, es decir, lo que se denomina un volumen de formación de imágenes, caracterizada porque la distancia (D1) entre las piezas polares (1, 2) de la estructura de imán es de 36 a 42 cm, y las piezas polares (1, 2) tienen un área superficial de 4500 a 5500 cm2 y en la que las piezas polares tienen una capa de alta permeabilidad (102, 202), que tiene una permeabilidad máxima del orden de 6000 y está compuesta por neodimio, en la que cada capa de alta permeabilidad (101, 202) de cada pieza polar (1, 2) está compuesta a su vez por dos capas, una capa maciza, que tiene un espesor de 4,5 cm y la misma superficie que las piezas polares (1, 2) y una capa laminada que tiene un espesor de 1 cm y una superficie del mismo orden que la superficie de las piezas polares (1, 2), siendo la permeabilidad máxima de la capa laminada de 6000 a 7000, preferiblemente de 6000, y en la que la capa de superficie maciza de cada pieza polar (1, 2) tiene dos escalones periféricos (301, 302) que tienen respectivamente un saliente de 3 a 4 cm y de 2 a 2,5 cm desde la superficie libre de la pieza polar, preferiblemente de 3,5 y 2,2 cm respectivamente y un espesor, en paralelo a la superficie libre de la pieza polar de 2 a 6 cm para el primer escalón y de 2 cm a 4 cm para el segundo, preferiblemente de 5 cm y 3 cm respectivamente.
Description
Estructura de imán para aparato de IRM y aparato
de IRM.
La invención se refiere a una estructura de imán
para un aparato de IRM que utiliza un imán permanente, según el
preámbulo de la reivindicación 1. El documento GB 2 282 451 da a
conocer una estructura de imán para un aparato de IRM que utiliza
un imán permanente, imán que tiene una forma de U invertida con dos
piezas polares opuestas, esencialmente paralelas, que están
soportadas a una distancia predeterminada entre sí por una culata
magnética con forma de U invertida, delimitando las piezas polares
y/o al menos una parte de la culata, una cavidad para alojar al
menos una parte del cuerpo de un paciente. Se genera un volumen
parcial en el volumen de dicha cavidad, que tiene valores de campo
magnético tales como para proporcionar imágenes IRM de una calidad
suficiente para permitir el uso de las mismas como imágenes de
diagnóstico, es decir, lo que se denomina un volumen de formación
de imágenes. La distancia entre las piezas polares de la estructura
de imán se dispone para permitir la inserción de un paciente en
dicho volumen de formación de imágenes entre dichas piezas
polares.
Han de tenerse en cuenta varios criterios en la
construcción de estructuras de imán para aparatos de IRM,
dependiendo de los requisitos de funcionamiento.
En primer lugar, el tamaño de la estructura de
imán depende del tamaño de la cavidad que se diseña para alojar al
paciente o una parte del cuerpo del paciente. El tamaño de tal
cavidad depende esencialmente del tipo de regiones anatómicas para
cuya formación de imágenes IRM está diseñado el aparato. En un
aparato diseñado para la formación de imágenes IRM de la columna
vertebral o al menos una parte de la misma, la cavidad tendrá un
tamaño tal como para permitir la introducción de al menos una parte
del tronco o la totalidad del tronco del cuerpo humano. Por tanto,
la distancia entre las piezas polares, conocida como entrehierro, se
basará en la dimensión anterior-posterior del
tronco humano, incluyendo el intervalo de variación de dicha
dimensión. Además, la cavidad para alojar al paciente tendrá una
profundidad tal, es decir, una dimensión transversal con respecto a
la dirección longitudinal de la columna vertebral, como para
permitir que la columna vertebral se coloque dentro del volumen de
formación de imágenes mencionado anteriormente, que normalmente sólo
ocupa un área parcial del volumen global de la cavidad para alojar
al paciente y que normalmente está centrado esencialmente con
respecto a la cavidad para alojar al paciente.
La forma y el tamaño del volumen de formación de
imágenes están definidos, a su vez, por la morfología y el tamaño
de la región anatómica que vaya a examinarse. Además, el tamaño del
volumen de formación de imágenes con respecto al volumen de la
cavidad es limitado. De hecho, la homogeneidad del campo magnético
estático requerida para obtener imágenes con una calidad para
diagnóstico suficiente, sólo puede obtenerse usando un área
tridimensional limitada del volumen global de la cavidad para alojar
al paciente.
Por otra parte, los tamaños de la cavidad para
alojar al paciente y el volumen de formación de imágenes, que están
definidos según los requisitos asociados a la morfología y el tamaño
del cuerpo del paciente y de la región anatómica en examen, tienen
a su vez una influencia en las características del campo magnético,
particularmente, el campo magnético estático que va a generarse
entre las dos piezas polares opuestas.
Además, la intensidad del campo magnético
estático afecta tanto a la resolución de las imágenes adquiridas
como a la relación señal-ruido.
La intensidad del campo magnético estático está
determinada a su vez por la construcción de la estructura de imán y
particularmente por la estructura de las piezas polares, que
incluyen elementos magnetizados y elementos ferromagnéticos o de
alta permeabilidad, y de ahí por las características magnéticas de
estos elementos. La estructura de la culata magnética y las
características magnéticas de la misma también influyen en las
características del campo magnético estático.
Considerando los límites definidos anteriormente
para la construcción de una estructura de imán para un aparato de
IRM, aparentemente todos estos límites tienen una influencia directa
en el tamaño de la estructura de imán.
Para obtener una estructura de imán con el menor
tamaño posible, a la vez que se proporcionan grandes volúmenes de
la cavidad para alojar al paciente, y los mayores volúmenes de
formación de imágenes posibles, y para generar un campo magnético
estático que tenga características tales como para garantizar la
mayor resolución posible y la mejor relación
señal-ruido posible, no pueden usarse las reglas de
construcción y tamaño de la técnica anterior, porque conducirían a
enormes estructuras de imán.
Además de las ventajas obvias en cuanto a los
costes, la reducción del tamaño de la estructura de imán proporciona
la ventaja de producir aparatos menos pesados y voluminosos, por
tanto, una instalación más sencilla de los mismos. Un aparato de
IRM más pequeño y más ligero ofrece la ventaja considerable de no
requerir, o hacerlo en pequeña cantidad, la provisión de
instalaciones diseñadas especialmente para el aparato de IRM, tanto
en cuanto al volumen de instalación como a la resistencia estática
de los suelos. Además, un aparato comparativamente pequeño permite
la instalación de varios aparatos de IRM en locales en los que
generalmente estaba previsto un único aparato.
El objetivo de la invención es proporcionar una
estructura de imán para un aparato de IRM, que permite la formación
de imágenes IRM de la región de la columna vertebral, a la vez que
se mantiene un tamaño minimizado de la estructura, y sin
degradación de la calidad de imagen que podría hacer que las
imágenes fuesen inutilizables o poco fiables para el
diagnóstico.
La invención satisface el objetivo anterior
proporcionando una estructura de imán para un aparato de IRM,
particularmente para un aparato de IRM para la formación de imágenes
de diagnóstico de la región de la columna vertebral o partes de la
misma, según el preámbulo de la reivindicación 1 y que comprende
además la combinación de características de la parte
caracterizadora de la reivindicación 1.
Gracias a las disposiciones anteriores, se
reduce la curvatura hacia fuera de las líneas de campo magnético a
lo largo de las zonas periféricas de las piezas polares, y se
extiende el volumen de formación de imágenes en paralelo a la
superficie de las piezas polares.
Particularmente, la invención proporciona una
estructura de imán en la que la distancia entre las piezas polares
es de 39 cm y el área superficial de las piezas polares es de 5000
cm^{2}.
El campo magnético estático tiene una intensidad
de 0,2 a 0,3 teslas, particularmente de 0,24 a 0,26 y especialmente
de 0,24 teslas.
La homogeneidad de este campo tiene una
variación pico a pico de aproximadamente 50 ppm (partes por millón)
en una esfera de 25 cm de diámetro.
El campo magnético se obtiene usando una
estructura de imán con una capa magnetizada, particularmente
compuesta por neodimio, en la que la remanencia del neodimio es de
1,24 a 1,30 T, teniendo la capa de neodimio un espesor de 12,3 cm y
una extensión superficial del mismo orden que la superficie de las
piezas polares.
La culata magnética tiene forma de C o de U
invertida y está compuesta por un material ferromagnético, con un
contenido en carbono del 0,22% o inferior.
La culata está compuesta por tres placas que
tienen una anchura del mismo orden de magnitud que la dimensión
correspondiente de la pieza polar, es decir, de 70 a 90 cm,
preferiblemente de 80 cm.
La culata tiene un espesor promedio de 20 a 30
cm, particularmente de 25 cm, y un volumen global de material de
500 a 600 dm^{3}, particularmente de aproximadamente 550
dm^{3}.
El volumen de formación de imágenes está
delimitado por una esfera que tiene un diámetro de 20 a 30 cm,
preferiblemente aproximadamente 25 cm.
Ventajosamente, el volumen de formación de
imágenes es un elipsoide que tiene un diámetro más largo de desde
35 hasta 25 cm y un diámetro más corto de desde 30 hasta 20 cm.
El volumen de formación de imágenes tiene un
tamaño suficiente como para permitir la formación de imágenes de
partes de la columna vertebral, en las que se producen las
enfermedades más frecuentes. Particularmente, puede realizarse la
formación de imágenes panorámicas de las regiones cervical o lumbar
de la columna vertebral.
Gracias a la combinación anterior de
características dimensionales y parámetros de construcción de la
estructura de imán, puede obtenerse una estructura de imán que es
lo menor posible y que tiene un peso menor que los aparatos de IRM
diseñados para la formación de imágenes de la columna vertebral. Tal
reducción de peso y tamaño también permite montar la estructura de
imán de tal manera que permita que se mueva, por ejemplo, se
traslade en una o más direcciones y/o rote, sin requerir
estructuras de soporte y guiado grandes y complejas, y sin una
influencia sustancial de tales estructuras en el tamaño final del
aparato de IRM que incorpora la estructura de imán.
La resolución alcanzable es suficiente para
obtener una imagen de diagnóstico óptima, y es inferior a 1 mm,
preferiblemente de 0,5 mm.
La invención también se refiere a un aparato de
formación de imágenes IRM, particularmente diseñado para la región
de la columna vertebral, o una parte de la misma, y que tiene una
estructura de imán que tiene una o más de las características
anteriores.
En este caso, el aparato también incluye bobinas
de gradiente, bobinas transmisoras de impulsos de excitación de RF,
una pantalla electromagnética y al menos una bobina receptora, así
como posiblemente una mesa o cama para el paciente.
Según esta invención, las bobinas de gradiente
y/o las bobinas transmisoras están compuestas por paquetes
laminados de pistas conductoras que están separados por láminas o
capas eléctricamente aislantes. Particularmente, se prevé una capa
de pistas conductoras para cada bobina de gradiente, estando
separada la capa por una lámina de plástico de la capa de pistas
conductoras de otra bobina de gradiente. Ventajosamente, las capas
de pistas conductoras que forman las bobinas de gradiente están
compuestas por láminas eléctricamente conductoras, que se cortan
adecuadamente para formar las pistas conductoras para la
correspondiente bobina de gradiente. Los espesores de las capas
conductoras son de 0,1 cm a 0,4 cm, particularmente de 0,3 cm,
mientras que los espesores de las capas aislantes son de 0,01 cm a
0,05 cm, particularmente del orden de 0,03 cm. El espesor global de
las bobinas de gradiente integradas en un único elemento laminado es
de 0,3 cm y 2,5 cm, particularmente del orden de magnitud de 1,5
cm.
La bobina transmisora de impulsos de excitación
también tiene una estructura plana y un espesor de 0,01 cm a 0,15
cm, particularmente del orden de 0,08 cm.
La pantalla electromagnética está compuesta por
una placa eléctricamente conductora, que se encuentra sobre las
piezas polares y que tiene una resistividad de 1,7 \mu\Omega cm
a 2,8 \mu\Omega cm, particularmente del orden de 1,7
\mu\Omega cm, y un espesor de 10 a 70 \mum y particularmente
del orden de 35 \mum.
El entrehierro entre las piezas polares que se
han equipado con las bobinas de gradiente y la parte correspondiente
de la bobina transmisora así como la pantalla electromagnética y
posiblemente una carcasa de acabado y cubierta es de 36 cm a 40 cm,
y particularmente de 37,5 cm a 38,5 cm, especialmente dicho
entrehierro es del orden de aproximadamente 38 cm.
Una mesa o cama para el paciente también está
montada de manera deslizable sobre una de las dos piezas polares en
el lado interno del volumen para alojar al paciente, pudiendo
deslizarse dicha mesa o cama sobre guías en el exterior de la
cavidad para alojar al paciente y la superficie de la pieza polar a
la que está asociada la mesa o cama, y siendo el espesor de la mesa
de 3 cm a 6 cm, preferiblemente de 4 cm a 5 cm, particularmente del
orden de 4,5 cm.
La bobina receptora es una bobina de superficie
y está alojada dentro del espesor de la mesa o cama para el
paciente de tal manera que tiene un espesor global de 2 cm y 7 cm,
preferiblemente de 3,5 a 6 cm, particularmente del orden de 4
cm.
Por tanto, cuando el aparato de IRM está en el
estado acabado, la distancia entre el lado de soporte de la mesa o
cama y la superficie enfrentada de la pieza polar opuesta a la mesa
es de 29 cm a 35 cm, preferiblemente de 30 cm a 34 cm,
particularmente del orden de 32,7 cm.
Gracias a las características anteriores, la
estructura de imán de la invención tiene un volumen máximo de
aproximadamente 1 m^{3} a aproximadamente 2 m^{3}, con
dimensiones de 120 cm x 120 cm x 70 cm a 150 cm x 150 cm x 90 cm,
preferiblemente del orden de 136 cm x 133 cm x 82 cm.
El aparato puede inscribirse en un
paralelepípedo que tiene un volumen máximo de aproximadamente 1
m^{3} a aproximadamente 2 m^{3}, con dimensiones de 120 cm x
120 cm x 70 cm a 150 cm x 150 cm x 90 cm, preferiblemente del orden
de 136 cm x 133 cm x 82 cm.
El peso de la estructura de imán es de 5000 kg a
6500 kg, mientras que el peso del aparato es de 7000 kg a 9000
kg.
Mejoras adicionales formarán el objeto de las
reivindicaciones dependientes.
Las características de la invención, que se
definen en las reivindicaciones, y las ventajas derivadas de las
mismas resultarán más claramente evidentes a partir de la siguiente
descripción de una realización no limitativa, ilustrada en los
dibujos adjuntos, en los que:
La figura 1 es una vista lateral esquemática de
una estructura de imán según la invención.
La figura 2 es una vista de una parte ampliada
de los dos escalones periféricos de una de las piezas polares de la
estructura de imán según la reivindicación 1.
La figura 3 es una vista en planta desde arriba
de una pieza polar, mostrándose la parte de la culata para conectar
las dos partes de soporte de pieza polar de la culata, en una
sección tomada a lo largo de un plano transversal medio.
La figura 4 es una vista de la estructura de
imán de las figuras anteriores, integrada en un aparato acabado.
La figura 5 es una sección longitudinal de la
mesa en la que una bobina receptora de superficie para la formación
de imágenes de la columna vertebral está integrada, en un
alojamiento que se extiende en el espesor de la mesa.
La figura 6 es una vista en sección esquemática
tomada a lo largo de un plano vertical, de un aparato de IRM, en el
que la estructura de imán está soportada de tal manera que rota con
la mesa.
La figura 7 es una vista esquemática de un
aparato de formación de imágenes IRM en diversas posiciones, en el
que la estructura de imán puede trasladarse a lo largo de una base
gracias a medios de guía.
Haciendo referencia a las figuras, una
estructura de imán, particularmente para aparatos de formación de
imágenes por resonancia magnética nuclear, comprende una culata
magnética con forma de U invertida 3, que tiene tres brazos 103,
203, 303, dos brazos paralelos, que sobresalen en voladizo desde un
brazo de conexión 103 que está orientado paralelo a las líneas del
campo magnético estático B0, estando diseñada la estructura de imán
para generarlo entre las piezas polares 1 y 2.
La culata está compuesta por tres placas,
conectadas entre sí de manera desmontable mediante medios de
sujeción de tornillo, tales como pernos o similares, que están
compuestos por un material ferromagnético que tiene un contenido en
carbono del 0,22% o inferior. Los dos brazos 203 y 303 son
esencialmente paralelos y llevan dos piezas polares magnéticas en
sus extremos, que se designan generalmente mediante los números de
referencia 1 y 2. Las superficies enfrentadas de las piezas
magnéticas polares están a una distancia entre sí, designada como
D1, de 36 a 42 cm. Las piezas polares 1, 2 preferiblemente tienen
una forma circular y cada una tiene un área superficial de 4500
a
5500 cm^{2}.
5500 cm^{2}.
Las placas 203 y 303 que soportan las piezas
polares 1, 2 tienen una anchura que es más corta que el diámetro de
las piezas polares y se vuelven más anchas en sus extremos libres en
voladizo a los que están unidas las dos piezas polares 1 y 2, con
una parte de ensanchamiento que tiene esencialmente la misma
superficie y forma que las de las piezas polares 1, 2. Para una
fabricación más sencilla de las placas 203, 303, tal parte de
ensanchamiento no está redondeada en su periferia, y tiene una forma
poligonal que se aproxima a la forma circular de las piezas polares
1 y 2.
Las tres placas 103, 203, 303 de la culata 3
pueden tener una anchura D8 del mismo orden de magnitud que la
dimensión correspondiente de la pieza polar, es decir, de 70 a 90
cm, preferiblemente de 80 cm.
La culata 3 tiene un espesor promedio S3 de 20 a
30 cm, particularmente de 25 cm, y un volumen global de material de
500 a 600 dm^{3}, particularmente de aproximadamente 550
dm^{3}.
Tal como se muestra en las figuras, la culata, y
particularmente las placas 203, 303 pueden disminuir en espesor
hacia sus extremos libres a los que están unidas las piezas polares
1, 2. Tal parte de adelgazamiento comienza esencialmente en la
tangente de la pieza polar 1, 2 en el lado de la misma vuelto hacia
la placa 103 perpendicular a las piezas polares 1, 2, mientras que
el espesor disminuye de una forma sustancialmente continua hacia los
extremos de la pieza polar 1, 2 que soportan las placas 203, 303 a
un espesor del orden de la mitad del mayor espesor de las placas o
incluso menos.
Una capa magnetizada 101, 102 se proporciona
entre las piezas polares 1 y 2 y los lados de soporte enfrentados
de las placas 203, 303. Preferiblemente, esta capa está compuesta
por neodimio que tiene una remanencia de 1,24 a 1,30 teslas. Esto
se obtiene usando capas de neodimio 101, 201 que tienen un espesor
D2 de 12,3 cm y una extensión superficial del mismo orden de
magnitud que las piezas polares 1 y 2. Como las placas 203, 303 de
la culata 3, las capas de neodimio 101, 201 no siguen exactamente la
forma circular de las piezas polares 1, 2 pero se aproximan a la
misma con un perfil escalonado. Esta construcción permite formar las
capas de neodimio 101, 201 usando bloques de neodimio que se fijan
entre sí y tienen todos la misma forma de paralelepípedo cuadrado o
rectangular.
Las piezas polares 1, 2 están compuestas por una
primera capa de alta permeabilidad 102, 202. La permeabilidad
máxima seleccionada es del orden de aproximadamente 6000. Las capas
de alta permeabilidad 102, 202 están unidas directamente a las
capas de neodimio 202, 302.
Según una característica adicional, cada pieza
polar está compuesta por dos capas, una capa maciza, que tiene un
espesor D3 de 4,5 cm y la misma superficie que las piezas polares y
una capa laminada 401, 501 que tiene un espesor D4 de 1 cm y una
superficie del mismo orden que la superficie de las piezas polares
1, 2, siendo la permeabilidad máxima de la capa laminada de 5000 a
7000, preferiblemente de 6000.
La capa maciza que forma las piezas polares 1 y
2 tiene dos escalones formados en su periferia, que forman un
armazón en el que está encerrada la capa laminada 401, 501. Estos
dos escalones periféricos 301, 302 tienen un saliente D5 desde la
superficie libre de la pieza polar de 3 a 4 cm, mientras que el
primer escalón tiene un saliente D6 de 2 a 2,5 cm, preferiblemente
de 3,5 cm y 2,2 cm respectivamente, y los espesores S1 y S2 de los
dos escalones paralelos a la superficie libre de la pieza polar son
de 2 a 6 cm y de 2 cm a 4 cm respectivamente, preferiblemente de 5
cm y 3 cm respectivamente.
La estructura de imán anterior genera un campo
magnético estático, designado como B0, entre las piezas polares 1 y
2, que tiene una intensidad de 0,2 a 0,3 teslas, particularmente de
0,24 a 0,26 y especialmente de 0,24 teslas. La homogeneidad del
campo magnético estático B0 tiene una variación pico a pico de
aproximadamente 50 ppm (partes por millón) dentro de una esfera de
25 cm de diámetro. Esta esfera designada por el número de
referencia 4, es lo que se denomina el volumen de formación de
imágenes, es decir, la parte de espacio dentro de la cavidad para
alojar al paciente formada entre las piezas polares de la estructura
de imán en la que las características del campo magnético son
suficientes para garantizar una formación de imágenes IRM de buena
calidad, particularmente para fines de diagnóstico. El volumen de
formación de imágenes 4 está delimitado por una esfera que puede
tener un diámetro D7 de 20 a 30 cm, preferiblemente de
aproximadamente 25 cm.
Las características magnéticas anteriores
permiten lograr una resolución de formación de imágenes suficiente
para obtener imágenes de diagnóstico óptimas, es decir inferior a 1
mm, preferiblemente de 0,5 mm.
Ventajosamente, cuando la región anatómica que
va a examinarse tiene forma alargada, el volumen de formación de
imágenes puede conformarse o estirarse en una dirección, adoptando
así la forma de un elipsoide. En este caso, el elipsoide puede
tener un diámetro más largo de desde 35 hasta 25 cm y un diámetro
más corto de desde 30 hasta 20 cm.
La estructura de imán anterior tiene un volumen
máximo de aproximadamente 1 m^{3} a aproximadamente 2 m^{3},
con dimensiones de 120 cm x 120 cm x 70 cm (altura x profundidad x
anchura) a 150 cm x 150 cm x 90 cm (altura x profundidad x
anchura), preferiblemente del orden de 136 cm x 133 cm x 82 cm
(altura x profundidad x
anchura).
anchura).
El peso global es del orden de 5000 kg a 6500
kg.
Lo anterior muestra claramente que la estructura
de imán de la invención proporciona el mayor rendimiento en cuanto
a las características del campo estático B0, así como el mayor
entrehierro, es decir, la mayor distancia posible entre las piezas
polares 1, 2 y el volumen de formación de imágenes más grande
posible, respecto a dicho entrehierro y a la superficie de las
piezas polares, el conjunto en combinación con un peso y volumen
relativamente menores para el tipo de aparato para el que se diseña
preferiblemente la estructura de imán anterior.
Esto proporciona ventajas considerables, ya que
el peso y volumen reducidos permiten facilitar considerablemente la
instalación y/o colocación de un aparato de IRM que tiene
funcionalidades idénticas, y particularmente también dedicado a la
formación de imágenes de la región de la columna vertebral. Además,
el peso y volumen relativamente menores de la estructura de imán
permiten el montaje trasladable y rotatorio del mismo, a la vez que
permiten el uso de estructuras de soporte y medios de traslación y/o
rotatorios relativamente pequeños tanto con respecto a la fuerza
que deben ejercer o soportar dichas estructuras y dichos medios de
soporte, como con respecto a los requisitos de espacio y al peso de
dicha estructura y dichos medios de soporte. Por tanto, la
estructura de imán puede desplazarse mediante una simple traslación
y/o una simple rotación, sin añadir la estructura de soporte ni los
medios de desplazamiento un volumen o un peso significativos a un
aparato de IRM basado en dicha estructura de imán. El
dimensionamiento del volumen y el peso afecta profundamente a los
costes de fabricación, tanto con respecto al manejo, instalación y
ensamblaje de las partes de la estructura de imán como con respecto
al transporte de la misma hasta el lugar de instalación.
Desde el punto de vista funcional, la estructura
de imán de esta invención permite fabricar aparatos de formación de
imágenes por resonancia magnética nuclear con características
considerables, particularmente permitiendo llevar a cabo la
formación de imágenes en varios estados y/o posturas diferentes de
los pacientes.
Un aparato de formación de imágenes por
resonancia magnética nuclear que incorpora una estructura de imán
según esta invención se muestra en las figuras 4 a 7.
La figura 4 muestra esquemáticamente un aparato
de formación de imágenes IRM, particularmente para la región de la
columna vertebral, o una parte de la misma, y que tiene una
estructura de imán según se describió anteriormente. El aparato
también incluye bobinas de gradiente, bobinas transmisoras de
impulsos de excitación de RF, una pantalla electromagnética y al
menos una bobina receptora, así como posiblemente una mesa o cama
para el paciente. Tales bobinas de gradiente, bobinas transmisoras
de impulsos de excitación de RF y la pantalla electromagnética
generalmente se designan esquemáticamente mediante los rectángulos 7
y 8. La mesa para el paciente se muestra en una posición separada y
se designa por el número de referencia 9. La estructura de imán y
las bobinas de gradiente, las bobinas transmisoras de impulsos de
excitación de RF y la pantalla electromagnética están encerradas en
una carcasa exterior, que se designa por el número de referencia
10.
Para ofrecer una construcción dimensionalmente
plana, con la menor reducción del entrehierro, es decir, la
distancia entre las piezas polares que soportan las bobinas de
gradiente, la bobina transmisora y la pantalla electromagnética,
así como la carcasa de cubierta, las bobinas de gradiente y/o las
bobinas transmisoras están formadas por paquetes laminados de
pistas conductoras, separadas entre sí por láminas o capas
eléctricamente aislantes. Particularmente, se prevé una capa de
pistas conductoras para cada bobina de gradiente, capa que está
separada por una lámina de plástico de la capa de pistas conductoras
de otra bobina de gradiente. Las capas de pistas conductoras que
forman las bobinas de gradiente están compuestas por láminas
eléctricamente conductoras, que se recortan adecuadamente para
formar las pistas conductoras para la bobina de gradiente
correspondiente.
Los espesores de las capas conductoras son de
0,1 cm a 0,4 cm, particularmente de 0,3 cm, mientras que los
espesores de las capas aislantes son de 0,01 cm a 0,05 cm,
particularmente del orden de 0,03 cm. Mediante esta disposición, el
espesor global de las bobinas de gradiente integradas en un único
elemento laminado es de 0,3 cm y 2,5 cm, particularmente del orden
de 1,5 cm.
La bobina transmisora de impulsos de excitación
también tiene una estructura plana y un espesor de 0,01 cm a 0,15
cm, particularmente del orden de 0,08 cm.
Por tanto, el entrehierro D10 entre las piezas
polares en el que se montan las bobinas de gradiente y la parte
correspondiente de la bobina transmisora, así como la pantalla
electromagnética y posiblemente una carcasa de acabado y cubierta,
es de 36 cm a 40 cm, y particularmente de 37,5 cm y 38,5 cm,
especialmente dicho entrehierro D10 es del orden de aproximadamente
38 cm. Esta dimensión permite alojar convenientemente a cualquier
paciente dentro de la cavidad de formación de imágenes del
aparato.
La mesa o cama para el paciente 9 se monta de
manera deslizable inmediatamente por encima de una de las dos
piezas polares 1 en el lado interno del volumen para alojar al
paciente, pudiendo deslizarse dicha mesa o cama 9 sobre guías (no
mostradas) en el exterior de la cavidad para alojar al paciente y la
superficie de la pieza polar a la que está asociada la mesa o cama,
y siendo el espesor S5 de la mesa de 3 cm a 6 cm, preferiblemente
de 4 cm a 5 cm, particularmente del orden de 4,5 cm.
Tal como se muestra esquemáticamente en la
figura 5, particularmente para la formación de imágenes por
resonancia magnética de la columna vertebral, se prevé una bobina
receptora 11, que es una bobina de superficie y está alojada dentro
del espesor de la mesa o cama para el paciente 9 de tal manera que
tiene un espesor global de 2 cm y 7 cm, preferiblemente de 3,5 a 6
cm, particularmente del orden de 4 cm, en cualquier caso de un
valor tal como para permanecer dentro del espesor de la mesa y
sobresalir desde el mismo en un grado limitado.
Pueden acoplarse otros tipos de bobinas
receptoras anulares o cerradas a la mesa en asientos apropiados, no
mostrados.
Cuando el aparato de IRM está en el estado
acabado, la distancia entre el lado de soporte de la mesa o cama y
la superficie enfrentada de la pieza polar opuesta a la mesa es de
29 cm a 35 cm, preferiblemente de 30 cm a 34 cm, particularmente
del orden de 32,7 cm.
Usando la estructura de imán de la invención y
gracias a las peculiaridades de construcción de las bobinas de
gradiente, las bobinas transmisoras, la pantalla electromagnética,
así como la mesa y la bobina receptora diseñadas para la columna
vertebral, el aparato puede inscribirse en un paralelepípedo que
tiene un volumen máximo de aproximadamente 1 m^{3} a
aproximadamente 2 m^{3}, con dimensiones de 120 cm x 120 cm x 70
cm a 150 cm x 150 cm x 90 cm, preferiblemente del orden de 136 cm x
133 cm x 82 cm, obviamente excluyendo la base o estructura
de
soporte.
soporte.
En cualquier caso, el aparato tiene un peso de
7000 kg a 9000 kg, y es más ligero que los aparatos de la técnica
anterior que tienen características de formación de imágenes
similares, especialmente destinados a la formación de imágenes de
la columna vertebral, y considerando que este aparato se basa en una
estructura de imán en la que el campo magnético se genera mediante
imanes permanentes.
Las características de tamaño y peso de la
estructura de imán sola o la estructura de imán con las bobinas
transmisoras, las bobinas de gradiente, la pantalla
electromagnética, la mesa para el paciente asociada a la misma son
tales que la estructura de imán puede montarse en una base o
estructura de soporte de tal manera que puede rotar alrededor de un
eje perpendicular a y centrado con respecto a la pared 103 de la
culata 3 o deslizarse a lo largo de guías de desplazamiento.
Esto permite llevar a cabo la formación de
imágenes IRM del paciente en varias posturas y orientaciones
diferentes, con respecto a la acción de la fuerza gravitatoria, lo
que es ventajoso cuando se lleva a cabo la formación de imágenes
sobre el comportamiento de regiones anatómicas en condiciones de
carga.
Se muestran esquemáticamente en las figuras 6 y
7 realizaciones esquemáticas de un aparato en el que la estructura
de imán rota y de un aparato en el que se traslada.
En la figura 6, la estructura de imán, así como
las bobinas transmisoras y las bobinas de gradiente y la pantalla
electromagnética y la mesa para el paciente están soportadas por un
árbol 12 que es perpendicular a la placa 103 de la culata que
conecta las dos placas 203, 303 de la culata, a las que se unen las
piezas polares. Para una mayor simplicidad, el ensamblaje de las
piezas polares y las placas de la culata, así como las bobinas
transmisoras, bobinas de gradiente, la pantalla y posiblemente la
carcasa de cubierta se incorporan en un elemento rectangular
designado por los números de referencia 203' y 303'. La mesa 9 se
muestra por separado.
El árbol 12 está montado de manera rotatoria en
un elemento de estructura de base vertical 13 y está accionado de
manera rotatoria por un actuador, por ejemplo, un actuador
hidráulico o hidráulico de aceite 15.
Por tanto, la estructura de imán puede rotar con
la mesa alrededor de un eje horizontal o esencialmente
horizontal.
La figura 7 muestra una estructura de imán que
se desliza, junto con las bobinas transmisoras y de gradiente y la
pantalla electromagnética y la carcasa de cubierta, sobre una guía
rectilínea superior de una base 14. La guía también puede no ser
rectilínea, y tener un perfil curvado.
Aunque las realizaciones de las figuras 6 y 7
muestran por separado la rotación y traslación de la estructura de
imán acabada, el pequeño tamaño de la estructura de imán, incluyendo
las bobinas transmisoras y de gradiente, la pantalla
electromagnética y la carcasa de cubierta, permite la provisión de
una base en la que dicha estructura de imán puede tanto rotar como
trasladarse.
Se proporciona lo anterior en combinación con la
ventaja de que la estructura de base y los medios de desplazamiento
de la estructura de imán tienen potencias y tamaños reducidos,
mientras que el volumen de formación de imágenes es relativamente
grande y el campo magnético tiene una calidad tal como para
proporcionar imágenes útiles para fines de diagnóstico.
Claims (26)
1. Estructura de imán para un aparato de IRM que
utiliza un imán permanente, estructura de imán que tiene una forma
de U invertida con dos piezas polares (1, 2) horizontales opuestas,
esencialmente paralelas, que están soportadas a una distancia
predeterminada entre sí por una culata magnética (3) con forma de U
invertida, delimitando las piezas polares (1, 2) y al menos una
parte de la culata (3) una cavidad (4) para alojar al menos una
parte del cuerpo de un paciente, mientras que se genera un volumen
parcial (5) en el volumen de dicha cavidad, que tiene valores de
campo magnético tales como para proporcionar imágenes IRM de una
calidad suficiente para permitir el uso de las mismas como imágenes
de diagnóstico, es decir, lo que se denomina un volumen de
formación de
imágenes,
imágenes,
caracterizada porque la distancia (D1)
entre las piezas polares (1, 2) de la estructura de imán es de 36 a
42 cm, y las piezas polares (1, 2) tienen un área superficial de
4500 a 5500 cm^{2} y en la que las piezas polares tienen una capa
de alta permeabilidad (102, 202), que tiene una permeabilidad máxima
del orden de 6000 y está compuesta por neodimio,
en la que cada capa de alta permeabilidad (101,
202) de cada pieza polar (1, 2) está compuesta a su vez por dos
capas, una capa maciza, que tiene un espesor de 4,5 cm y la misma
superficie que las piezas polares (1, 2) y una capa laminada que
tiene un espesor de 1 cm y una superficie del mismo orden que la
superficie de las piezas polares (1, 2), siendo la permeabilidad
máxima de la capa laminada de 6000 a 7000, preferiblemente de
6000,
y en la que la capa de superficie maciza de cada
pieza polar (1, 2) tiene dos escalones periféricos (301, 302) que
tienen respectivamente un saliente de 3 a 4 cm y de 2 a 2,5 cm desde
la superficie libre de la pieza polar, preferiblemente de 3,5 y 2,2
cm respectivamente y un espesor, en paralelo a la superficie libre
de la pieza polar de 2 a 6 cm para el primer escalón y de 2 cm a 4
cm para el segundo, preferiblemente de 5 cm y 3 cm
respectivamente.
2. Estructura de imán según la reivindicación 1,
caracterizada porque se genera un campo magnético estático
(B0) entre las piezas polares, que tiene una intensidad de 0,2 a
0,3 teslas, particularmente de 0,24 a 0,26 y especialmente de 0,24
teslas.
3. Estructura de imán según la reivindicación 1
o 2, caracterizada porque la homogeneidad de dicho campo
magnético estático (B0) tiene una variación pico a pico de
aproximadamente 50 ppm (partes por millón) dentro de una esfera de
25 cm de diámetro.
4. Estructura de imán según una o más de las
reivindicaciones anteriores, caracterizada porque el campo
magnético estático se obtiene usando una estructura de imán con una
capa magnetizada (101, 201), particularmente compuesta por
neodimio, en la que la remanencia del neodimio es de 1,24 a 1,30 T,
teniendo la capa de neodimio un espesor de 12,3 cm y una extensión
superficial del mismo orden que la superficie de las piezas
polares.
5. Estructura de imán según la reivindicación 5,
caracterizada porque dicha capa de alta permeabilidad se
encuentra sobre la capa magnetizada (101, 201), particularmente
compuesta por neodimio.
6. Estructura de imán según una o más de las
reivindicaciones anteriores, caracterizada porque la culata
magnética (3) tiene forma de C o de U invertida y está compuesta
por un material ferromagnético, con un contenido en carbono del
0,22% o inferior.
7. Estructura de imán según una o más de las
reivindicaciones anteriores, caracterizada porque la culata
(3) está compuesta por tres placas que tienen una anchura del mismo
orden de magnitud que la dimensión correspondiente de la pieza
polar, es decir, de 70 a 90 cm, preferiblemente de 80 cm.
8. Estructura de imán según una o más de las
reivindicaciones anteriores, caracterizada porque la culata
(3) tiene un espesor promedio de 20 a 30 cm, particularmente de 25
cm, y un volumen global de material de 500 a 600 dm^{3},
particularmente de aproximadamente 550 dm^{3}.
9. Estructura de imán según una o más de las
reivindicaciones anteriores, caracterizada porque el volumen
de formación de imágenes (4) está delimitado por una esfera que
tiene un diámetro de 20 a 30 cm, preferiblemente de aproximadamente
25 cm.
10. Estructura de imán según una o más de las
reivindicaciones anteriores, caracterizada porque el volumen
de formación de imágenes es un elipsoide que tiene un diámetro más
largo de desde 35 hasta 25 cm y un diámetro más corto de desde 30
hasta 20 cm.
11. Estructura de imán según una o más de las
reivindicaciones anteriores, caracterizada porque la culata
(3) tiene una anchura que es más corta que el diámetro de las
piezas polares (1, 2), en la parte que no coincide con las piezas
polares (1, 2), mientras que en la parte que coincide con las piezas
polares (1, 2), la culata (3) se vuelve más ancha par adoptar una
forma y una extensión que son al menos aproximadamente idénticas a
las de la correspondiente pieza polar (1, 2).
12. Estructura de imán según una o más de las
reivindicaciones anteriores, caracterizada porque logra una
resolución de formación de imágenes resolución suficiente para
obtener imágenes de diagnóstico óptimas, es decir, inferior a 1 mm,
preferiblemente de 0,5 mm.
13. Estructura de imán según una o más de las
reivindicaciones anteriores, caracterizada porque tiene un
volumen máximo de aproximadamente 1 m^{3} a aproximadamente 2
m^{3}, con dimensiones de 120 cm x 120 cm x 70 cm a 150 cm x 150
cm x 90 cm, preferiblemente del orden de 136 cm x 133 cm x 82
cm.
14. Estructura de imán según una o más de las
reivindicaciones anteriores, caracterizada porque el peso de
la estructura de imán es de 5000 kg a 6500 kg.
15. Aparato de formación de imágenes de RM,
particularmente diseñado para la región de la columna vertebral, o
una parte de la misma, y que tiene una estructura de imán con las
características según una o más de las reivindicaciones anteriores
1 a 17, aparato que incluye además las bobinas de gradiente, las
bobinas transmisoras de impulsos de excitación de RF, una pantalla
electromagnética y al menos una bobina receptora, así como
posiblemente una mesa o cama para el paciente, caracterizado
porque las bobinas de gradiente y/o también las bobinas transmisoras
están formadas por paquetes laminados de pistas conductoras, que
están separadas entre sí por láminas o capas eléctricamente
aislantes, particularmente, se prevé una capa de pistas conductoras
para cada bobina de gradiente, capa que está separada por una
lámina de plástico de la capa de pistas conductoras de otra bobina
de gradiente.
16. Aparato según la reivindicación 15,
caracterizado porque las capas de pistas conductoras que
forman las bobinas de gradiente están compuestas por láminas
eléctricamente conductoras, que se cortan adecuadamente para formar
las pistas conductoras para la bobina de gradiente
correspondiente.
17. Aparato según una o más de las
reivindicaciones anteriores 15 o 16, caracterizado porque los
espesores de las capas conductoras son de 0,1 cm a 0,4 cm,
particularmente de 0,3 cm, mientras que los espesores de las capas
aislantes son de 0,01 cm a 0,05 cm, particularmente del orden de
0,03 cm.
18. Aparato según una o más de las
reivindicaciones anteriores 15 a 17, caracterizado porque el
espesor global de las bobinas de gradiente integradas en un único
elemento laminado es de 0,3 cm y 2,5 cm, particularmente del orden
de 1,5 cm.
19. Aparato según una o más de las
reivindicaciones anteriores 15 a 18, caracterizado porque la
bobina transmisora de impulsos de excitación tiene una estructura
plana y un espesor de 0,01 cm a 0,15 cm, particularmente del orden
de 0,08 cm.
20. Aparato según una o más de las
reivindicaciones anteriores 15 a 19, caracterizado porque la
pantalla electromagnética está compuesta por una placa
eléctricamente conductora, que se encuentra sobre las piezas polares
y que tiene una resistividad de 1,7 \mu\Omega cm a 2,8
\mu\Omega cm, particularmente del orden de 1,7 \mu\Omega
cm, y un espesor de 10 a 70 \mum y particularmente del orden de 35
\mum.
21. Aparato según una o más de las
reivindicaciones anteriores 15 a 20, caracterizado porque el
entrehierro entre las piezas polares que se han ajustado con las
bobinas de gradiente y la parte correspondiente de la bobina
transmisora así como la pantalla electromagnética y posiblemente una
carcasa de acabado y cubierta es de 36 cm a 40 cm, y
particularmente de 37,5 cm a 38,5 cm, especialmente dicho
entrehierro es del orden de aproximadamente 38 cm.
22. Aparato según una o más de las
reivindicaciones anteriores 15 a 21, caracterizado porque una
mesa o cama para el paciente también está montada de manera
deslizable inmediatamente por encima de una de las dos piezas
polares en el lado interno del volumen para alojar al paciente,
pudiendo deslizarse dicha mesa o cama sobre guías en el exterior de
la cavidad para alojar al paciente y la superficie de la pieza polar
a la que está asociada la mesa o cama, y siendo el espesor de la
mesa de 3 cm a 6 cm, preferiblemente de 4 cm a 5 cm, particularmente
del orden de 4,5 cm.
23. Aparato según una o más de las
reivindicaciones anteriores 15 a 22, caracterizado porque se
proporciona en combinación con una bobina receptora, que es una
bobina de superficie y está alojada dentro del espesor de la mesa o
cama para el paciente de tal manera que tiene un espesor global de 2
cm y 7 cm, preferiblemente de 3,5 a 6 cm, particularmente del orden
de 4 cm.
24. Aparato según una o más de las
reivindicaciones anteriores 15 a 23, caracterizado porque,
cuando el aparato de IRM está en el estado acabado, la distancia
entre el lado de soporte de la mesa o cama y la superficie
enfrentada de la pieza polar opuesta a la mesa es de 29 cm a 35 cm,
preferiblemente de 30 cm a 34 cm, particularmente del orden de 32,7
cm.
25. Aparato según una o más de las
reivindicaciones anteriores 15 a 24, caracterizado porque
puede inscribirse en un paralelepípedo que tiene un volumen máximo
de aproximadamente 1 m^{3} a aproximadamente 2 m^{3}, con
dimensiones de 120 cm x 120 cm x 70 cm a 150 cm x 150 cm x 90 cm,
preferiblemente del orden de 136 cm x 133 cm x 82 cm.
26. Aparato según una o más de las
reivindicaciones anteriores 15 a 25, caracterizado porque el
peso del aparato es de 7000 kg a 9000 kg.
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