NL8303535A - Kernspinresonantie apparaat. - Google Patents

Description

I · * *t?' PHN 10799 1 N.V. Philips1 Gloeilampenfabrieken te Eindhoven.

Kernspinresonantie apparaat. ----

De uitvinding heeft betrekking op een kernspinresonantie _________ apparaat voorzien van een magneet met een electranagnetisch spoelsysteem voor het opwekken van een homogeen magneetveld in een onderzoekruimte binnen de magneet en op een magneet voor een dergelijk apparaat.

5 Een dergelijk kernspinresonantie apparaat is in de vorm van een kemspintcmograaf bekend uit Ccnputertcmografie 1 (1981) pp 2 - 10.

Bij deze apparaten treden buiten de magneet relatief sterke strooi-velden op. In een artikel in Diagnostic Imaging, april 1983, pp 32 - 35 wordt uitvoerig op deze strooivelden ingegaan en wordt er cp gewezen 10 dat bij een magneetstelsel opgebauwd uit permanente magneten deze strooivelden niet optreden. De bezwaren van een «tergelijk magneetstelsel worden in hetzelfde artikel eveneens aangestipt.Het bezwaar van externe strooivelden is niet alleen dat deze vooral bij kemspintomografen zo sterk zijn dat daarvan een storende invloed op apparatuur buiten te 15 magneet uitgaat maar ook kan het meetveld in te magneet verstoord worden door externe veranderingen in het strooiveld, bijvoorbeeld door verplaatsing daarin van relatief grote stukken magnetisch materiaal. Ten aanzien van kernspinresonantie apparaten uitgerust met supergeleidende magneten zoals die vooral ook worden toegepast voor kemspintomografen 20 moet bedacht worden, tet het magneetveld en derhalve ook het strooiveld daar steeds aanwezig is. Voor een uitvoeriger beschrijving van supergeleidende magneten voor, in het bijzonder medische kemspintomografen en medische kemspinspectrografen wordt verwezen naar het hoofdstuk "Superconductivity" cp pp 116 - 127 van het boek "Nuclear Magnetic 25 Resonance Imaging" van C.L. Partain e.a., WB Saunders Company, 1983, verder nmr imaging te noemen.

Voor een voldoende afscherming van het uitwendige strooiveld van magneten met electrcmagnetische spoelen voor het opwekken van een hoge veldsterkte in een relatief grote ruimte zoals bij kemspintomografen 30 kost toepassing van een juk overeenkomstig het frame van de in "Diagnostic Imaging" beschreven permanente magneet een grote hoeveelheid zacht magnetisch materiaal.

83 03 5 35 .......................

** * PHN 10799 2

De uitvinding beoogt een kernspinresonantie apparaat te verschaffen dat voor het opwekken van een homogeen magneetveld is uitgerust met een electromagnetisch spoelsysteem en waarbij het externe magnetische strooiveld met een minimale hoeveelheid magnetisch afschermmateriaal sterk 5 is gereduceerd. Een kernspinresonantie apparaat van de in de aanhef genoemde soort heeft daartoe volgens de uitvinding tot kenmerk, dat coaxiaal cm het electrcmagnetisch spoelsysteem een afscherming voor het externe magnetisch strooiveld van het spoelsysteem is aangebracht.

Doordat in een kernspinresonantie apparaat volgens de uitvinding 10 het externe magnetische strooiveld wordt gereduceerd treden de starende effecten daarvan niet meer op. Dit maakt de benodigde voorzieningen bij gebruik en installatie van het apparaat aanzienlijk eenvoudiger. Bovendien is de bij bekende apparaten mogelijk nadelige invloed op de homogeniteit van het magneetveld in de meetruimte door externe beïnvloeding van 15 het strooiveld vermeden.

In een voorkeursuitvoering is direct cm een electrcmagnetisch spoelsysteem, dat bijvoorbeeld wordt gevormd door een solenoide of voor homogene veldverdeling in de meetruimte beter een aantal ringwikkelingen, een cylinder van zacht magnetisch materiaal dus materiaal met een hoge 20 permeabiliteit aangebracht. De cylinder kan daarbij bijvoorbeeld samengesteld zijn uit een koker of uit een aantal homogeen over een cylinderman-telcppervlak verdeeld opgestelde staven uit zacht magnetisch materiaal.

De electronagnetische spoel en de afschermende kooi vormen hierbij ge-zamelijk een magneetspoel met radiaal een sterk gereduceerd strooiveld.

25 In een verdere voorkeursuitvoering is de kooi aangebracht on een op zich bekende, bijvoorbeeld supergeleidende, electrcmagnetisch spoelsysteem van een kemspintcmograaf of van een kernspinresonantie spectrometer.

Hierbij is de radiale afstand tussen de eigenlijke spoel en de 3q af schermende kooi door de cpbouw, bij een supergeleidende spoel bijvoorbeeld mede door het koelsysteem, van het spoelsysteem aan een minimum gebonden. Een voordeel hierbij is evenwel dat de afscherming zeker indien die uit losse staven is samengesteld nu gemakkelijk ter plaatse kan worden aangebracht door stapeling van de staven op een daar-35 toe geschikte drager cm het spoelsysteem. De toch nog steeds relatief grote massa metaal kan derhalve in gemakkelijk handelbare onderdelen worden aangevoerd en verwerkt.

Een verdere verbetering in de afscherming kan worden verkregen 8303535 EHN 10799 3 door de staven aan de axiale uiteinden van radiaal naar binnen gerichte aansluitingen te voorzien. De aansluitingen reiken daarbij althans nagenoeg tot aan de wikkelingen van de eigenlijke magneetspoel. Het is voor een goede afscherming gunstig de lengte van de staven groter te kiezen 5 dan de relevante lengte van de magneetspoel. Voor af scheming van bekende magneten bijvoorbeeld 4 a 6 meter lang bij een spoelsysteem van ongeveer 2 meter.

In een voorkeursuitvoering bevat de kooi bijvoorbeeld 8 tot 24 op onderling gelijke afstand geplaatste staven uit magnetisch zacht ijzer 2 10 met elk een dwarsafmeting van bijvoorbeeld 1.0 tot 2.5 cm . Voor een direct cm het spoelsysteem gemonteerde afscherming kan met minder staven bijvoorbeeld 4 tot 8 worden volstaan die ook slechts wainig langer dan het spoelsysteem behoeven te zijn. Overigens is vooral hier, cmdat de magneet met de afscherming dan een geheel vormt, het gébruik van een 15 koker minder bezwaarlijk.

In een verdere voorkeursuitvoering is de afscherming voorgemagnetiseerd, waardoor deze reeds zonder strooiveld een althans gedeeltelijk compenserend veld opwekken. Bij een afscherming in de vorm van staven kan elk van de staven daartoe met een strocmwikkeling of met 20 een sterk permanent magnetisch materiaal zijn uitgerust. Bij een kdcer kan deze als geheel met een strocmwikkeling of met een ring magnetisch materiaal zijn uitgerust.

In een verdere voorkeursuitvoering wordt de afscherming gevormd door een op relatief grote radiale afstand van het spoelsysteem 25 opgesteld spoelenpaar min of meer overeenkomstig een helmholtz-spoelenpaar waarmede een het strooiveld compenserend magneetveld kan worden opgewekt. Een voordeel van deze afscherming is dat ook axiaal gezien het veld van het spoelsysteem wordt gecompenseerd. Er moet evenwel zorg voor worden gedragen dat het eigenlijke meetveld niet nadelig door het veld van de 3Q afschermspoelen wordt beïnvloed.

Aan de hand van de tekening zullen in het navolgende enkele voorkeursuitvoeringen volgens de uitvinding nader worden beschreven.

In de tekening toont :

Figuur 1 een afgeschermde electrcmagnetische spoel voor een 35 kernspinresonantie apparaat volgens de uitvinding,

Figuur 2 een magneetspoel voor een kernspinresonantie apparaat met een afscherming volgens de uitvinding, en

Figuur 3 een met behulp van een helmholtz-spoelenpaar afge- 8303535 EHN 10799 4 schermde magneet van een dergelijk apparaat.

Een af geschermde electranagneet zoals geschetst in figuur 1 bevat een electromagnetisch spoelsysteem 1. Dit spoelsysteem kan worden gevormd door een solenoide of door een aantal strocrawikkelingen die on 5 een gemeenschappelijke as 3 van de magneet zijn opgesteld. Hoewel bij -deze opbouw in eerste instantie een weerstandsmagneet gebruikt zal warden is ook hier toepassing van een supergeleidend systeem niet uitgesloten.

Het spoelstelsel ligt hier bijvoorbeeld tegen de binnenzijde van een cilindervormige koker 5 uit kunststof aan. Qm de koker 5 is een cilinder 10 7 uit zacht magnetisch materiaal bijvoorbeeld magnetisch zacht ijzer aangebracht. In de weergegeven uitvoering is de cilinder 7 samengesteld uit een aantal, hier 12, zacht ijzeren staven die homogeen over het mantel-oppervlak van de cilinder verdeeld zijn opgesteld. Anderzijds kan de cilinder 7 ook uit een koker uit zacht magnetisch materiaal bestaan. Ten 15 opzichte van gebruikelijke magneten voor kernspintonografen en dergelijke is hier niet alleen een afscherming van het strooiveld gerealiseerd maar is voor gelijke energie ccnsumptie ook een beduidend sterker magneetveld gerealiseerd. De bij bekende magneten optredende verstoringen in het meetveld door externe veranderingen in het strooiveld zijn eveneens goed-20 deels ondervangen.

Met deze magneet kan in een meetruimte met een diameter en een lengte van ongeveer 0,5 meter een magnetisch veld van ongeveer 0,25 tesla worden opgewekt. Daarbij is de magneet met een uitwendige diameter van ongeveer 1,25 meter ongeveer 2,5 meter lang en vraagt met een gewicht 25 van ongeveer 15 ton een voeding van ongeveer 100 kW.

Het radiale strooiveld is daarbij gereduceerd tot minder dan 0,01 tesla op een radiale afstand gemeten vanaf de as 3 van 1 meter en minder dan 0,001 tesla op een afstand van 3 meter van de as. De staven van de afscherming hebben bijvoorbeeld een dwarsdoorsnede van 0,1 x 30 0,05 m2.

Een min of meer overeenkomstige constructie kan, zoals in figuur 2 is aangegeven ook worden gebruikt als afscherming van een op zich bekende magneet. De magneet 11 die hier zowel een weerstandsmagneet als een supergeleidende magneet kan zijn is daarbij op een radiale af-35 stand van bijvoorbeeld 2 meter afgeschermd met een aantal, bijvoorbeeld 12, magnetisch zacht ijzeren staven 13. De staven zijn nu bij voorkeur beduidend lager dan de magneet 11, bijvoorbeeld 4 tot 6 meter bij een magneetlengte van 2,5 meter. Het voordeel van staven boven een gesloten 8303535 PHN 10799 5 cilinder is vooral hier de handelbaarheid bij vervoer en opbouw van het apparaat. Elk van de staven van bijvoorbeeld 4 a 6 meter lang weegt 2 met een doorsnede van 0,1 x 0,1 m ongeveer 500 kg. De staven kunnen ter plaatse in een schematisch aangegeven frame (9) cm de magneet warden ge-5 stapeid. Voor een verbetering in de afscherming kunnen de staven aan de uiteinden van radiaal naar binnen gerichte verlengstukken zijn voorzien. Hierdoor kunnen de staven veelal wat korter warden uitgevoerd.

In figuur 3 is een uitvoeringsvorm geschetst waarbij de afscherming is gerealiseerd door een spoelenpaar 15. In tegenstelling tot 10 de eerder beschreven meer passieve afscherming treedt hier door een compenserend veld van de spoelen een actieve afscherming op. De spoelen 15 hebben een diameter van bijvoorbeeld 4 meter. Een voordeel van deze afscherming is dat ook reductie van het axiale strcoiveld van de magneet wordt verkregen. Door een gunstige opbouw van de draadwikkelingen te 15 kiezen kan de benodigde energie voor de afschermspoelen worden gereduceerd maar die blijft toch steeds relatief hoog, bijvoorbeeld in de orde van 50 kW voor een 0,3 tesla magneet. De energie consunptie kan worden ondervangen door de afschermspoelen als persisterende stromen voerende supergeleiders uit te -voeren. Elk van de spoelen kan daartoe cpgencmen 20 zijn in een aangepast helium dewar vat en kan ingericht zijn cm te worden bekrachtigd net een fluxpcmp. Qck kunnen de afschermspoelen worden uitgevoerd met holle strocmvoerende draden uit supergeleidend materiaal waardoor voor afkoeling vloeibaar helium wordt gepompt. Door een juiste geometrie kan ook warden gerealiseerd, dat de reeds supergeleidende af-25 schermspoelen door inductie vanuit de meetmagneet tot cp de voor afscherming juiste waarde worden bekrachtigd. De spoelen zullen zich dan immers verzetten tegen cmvatte flux en deze compenseren met een gelijke tegenflux.

30 1 8303535

Claims (10)

1. Kernspinresonantie apparaat uitgerust net een magneet net een electramagnetisch speelsysteem voor het opwekken van een homogeen magneetveld in een onderzoekruimte binnen de magneet met het kenmerk, dat coaxiaal cm het electranagnetisch spoelsysteem een afscherming voor het g externe strooiveld van het spoelsysteem.is aangetracht.

2. Kernspinresonantie apparaat volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de afscherming wordt gevormd door een concentrisch cm het spoelstel-sel aangebrachte koker uit materiaal met een relatief hoge magnetische permeabiliteit.

3. Kernspinresonantie apparaat volgens conclusie 1, met het ken merk, dat de afscherming een aantal staven uit zacht magnetisch materiaal bevat die axiaal gericht gelijkmatig over het manteloppervlak van een concentrisch cm het spoelsysteem gelegen cilinder zijn aangebracht en ten minste een lengte hebben gelijk aan de axiale lengte van het spoel-15 systeem.

4. Kernspinresonantie apparaat volgens conclusie' 2 of 3, met het kenmerk, dat de af schermende koker direct cm het spoelsysteem is aangebracht en daarmede een geheel vormt.

5. Kernspinresonantie apparaat volgens conclusie 2, 3 of 5, met 20 het kenmerk, dat de staven respectievelijk de cilinder aan de axiale uiteinden van radiaal naar binnen gerichte verlengstukken zijn voorzien die ten minste tot nabij de windingen van het spoelsysteem reiken.

6. Kernspinresonantie apparaat volgens een der conclusies 2 tot 5, met het kenmerk, dat het af schermende zacht magnetische materiaal is 25 voorgemagnetiseerd.

7. Kernspinresonantie apparaat volgens conclusie 6, met het kenmerk, dat voor voormagnetisatie de koker of de staven van een stroem-wikkeling zijn voorzien.

8. Kernspinresonantie apparaat volgens conclusie 6, met het kenmerk, 3Q dat aan de koker of elk van de staven althans een stuk permanent magnetisch materiaal is toegevoegd.

9. Kernspinresonantie apparaat volgens conclusie 1, net het kenmerk, dat de afscherming wordt gevormd door een ruim cm het spoelsysteem gelegen afschermspoelenpaar voor het opwekken van een het strooiveld 35 compenserend magneetveld.

10. Magneetstelsel met een electrcmagnetisch spoelsysteem dat coaxiaal is cmsloten door een uit materiaal met een relatief hoge magnetische permeabiliteit qpgebousde cilindervormige afscherming kennelijk bedoeld 8303535 EHN 10799 7 on te worden toegepast in een kernspinresonantie apparaat volgens een der conclusies 1 tot 8. 5 10 15 20 25 30 35 8303535