RU186685U1 - Sensor for measuring the volume distribution of the magnetic field - Google Patents
Sensor for measuring the volume distribution of the magnetic field Download PDFInfo
- Publication number
- RU186685U1 RU186685U1 RU2018130960U RU2018130960U RU186685U1 RU 186685 U1 RU186685 U1 RU 186685U1 RU 2018130960 U RU2018130960 U RU 2018130960U RU 2018130960 U RU2018130960 U RU 2018130960U RU 186685 U1 RU186685 U1 RU 186685U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- magnetic field
- nmr
- plates
- sphere
- nmr sensors
- Prior art date
Links
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims abstract description 17
- 239000000696 magnetic material Substances 0.000 claims description 5
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 4
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000003708 ampul Substances 0.000 claims description 3
- 229910000365 copper sulfate Inorganic materials 0.000 claims description 2
- ARUVKPQLZAKDPS-UHFFFAOYSA-L copper(II) sulfate Chemical compound [Cu+2].[O-][S+2]([O-])([O-])[O-] ARUVKPQLZAKDPS-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 238000005481 NMR spectroscopy Methods 0.000 description 59
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 10
- 239000011152 fibreglass Substances 0.000 description 4
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 4
- 229910001369 Brass Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010951 brass Substances 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 125000006850 spacer group Chemical group 0.000 description 3
- 230000035508 accumulation Effects 0.000 description 2
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 2
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 238000001208 nuclear magnetic resonance pulse sequence Methods 0.000 description 2
- 230000035559 beat frequency Effects 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 239000011889 copper foil Substances 0.000 description 1
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 description 1
- -1 for example Substances 0.000 description 1
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 1
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 238000003325 tomography Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N24/00—Investigating or analyzing materials by the use of nuclear magnetic resonance, electron paramagnetic resonance or other spin effects
- G01N24/08—Investigating or analyzing materials by the use of nuclear magnetic resonance, electron paramagnetic resonance or other spin effects by using nuclear magnetic resonance
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- High Energy & Nuclear Physics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Measurement And Recording Of Electrical Phenomena And Electrical Characteristics Of The Living Body (AREA)
Abstract
Использование: для измерения объемного распределения магнитного поля. Сущность полезной модели заключается в том, что датчик для измерения объемного распределения магнитного поля представляет собой систему ЯМР-сенсоров, закрепленных на семи скрепленных между собой, параллельно расположенных, имеющих общий центр симметрии пластинах таким образом, что система ЯМР-сенсоров образует объем однородности магнитного поля - сферу, в которой 7 ЯМР-сенсоров расположены вдоль оси Z магнитного поля, причем один из них находится в центре сферы, а остальные располагаются на поверхности сферы по окружности на каждой пластине, на пластинах также закреплены настроечные конденсаторы, в количестве, совпадающем с количеством расположенных на данной пластине ЯМР-сенсоров, при этом зенитные углы между ЯМР-сенсорами, которые находятся на разных пластинах, одинаковы, диаметр сферы составляет 150 мм, ЯМР-сенсоры выполнены бескаркасными, на пластинах, расположенных ближе к полюсам сферы, находятся по 9 ЯМР-сенсоров, на остальных пластинах - по 13, между соседними, близкорасположенными ЯМР-сенсорами установлены электромагнитные экраны или они расположены ортогонально по отношению к остальным. Технический результат: обеспечение возможности создания датчика для измерения объемного распределения магнитного поля, позиционируемого в магните с зазором от 200 мм и позволяющего измерять объемное распределение магнитного поля напряженностью 0.4 Тл (рабочая частота 17.5 МГц), в течение одной-двух минут. 8 з.п. ф-лы, 6 ил.
Description
Полезная модель относится к технической физике, а именно к измерительной технике на основе ядерного магнитного резонанса (ЯМР). Заявляемое техническое решение может быть использовано в устройствах и приборах ЯМР, а также в других устройствах, где требуется получить магнитное поле необходимой конфигурации с высокой точностью.The utility model relates to technical physics, namely to measuring techniques based on nuclear magnetic resonance (NMR). The claimed technical solution can be used in devices and NMR devices, as well as in other devices where it is required to obtain a magnetic field of the required configuration with high accuracy.
При первоначальной настройке магнитной системы обычно применяются специализированные датчики, позволяющие восстанавливать пространственную карту распределения магнитного поля путем непосредственных измерений напряженности магнитного поля. Как правило, такие датчики представляют собой ЯМР-измеритель напряженности магнитного поля и устройство, позволяющее позиционировать его в определенных точках пространства. Процедура измерения карты распределения магнитного поля заключается в последовательном измерении напряженности магнитного поля в определенных местах рабочей области магнитной системы одним сенсором. Однако она требует очень больших затрат времени на проведение измерений для целей ЯМР-томографии, где используются значительные объемы магнитного поля.When the magnetic system is initially set up, specialized sensors are usually used to restore the spatial map of the magnetic field distribution by directly measuring the magnetic field strength. Typically, such sensors are an NMR meter of magnetic field strength and a device that allows you to position it at certain points in space. The procedure for measuring the magnetic field distribution map consists in sequentially measuring the magnetic field strength in certain places of the working area of the magnetic system with a single sensor. However, it requires a very large investment of time for measurements for NMR imaging, where significant volumes of the magnetic field are used.
Известен датчик для измерения пространственной карты поля томографа, представляющий собой дугу с расположенными на ней семью точечными резонансными контурами (сенсорами) и механическим коммутатором. Для коррекции долговременного дрейфа основного магнитного поля применяется поочередное чтение частоты отстройки сигнала ЯМР с контура на окружности и с опорного контура. Измерение карты поля с помощью такого датчика-дуги занимает не менее 20 минут и сильно зависит от человеческого фактора [Биктимиров Э.Ф., Фахрутдинов А.Р., Анашкин В.Н. // Казанский физико-технический институт имени Е.К. Завойского 2005. Ежегодник. Казань, Фихтехпресс. 2006. С. 164-166].A known sensor for measuring a spatial map of the field of a tomograph, which is an arc with seven point resonant circuits (sensors) located on it and a mechanical commutator. To correct the long-term drift of the main magnetic field, an alternate reading of the frequency of the detuning of the NMR signal from the contour to the circle and from the reference contour is used. Measurement of a field map using such an arc sensor takes at least 20 minutes and is highly dependent on the human factor [Biktimirov E.F., Fakhrutdinov A.R., Anashkin V.N. // Kazan Institute of Physics and Technology named after E.K. Zavoisky 2005. Yearbook. Kazan, Fikhtehpress. 2006. S. 164-166].
Наиболее близким техническим решением к заявляемому является датчик для измерения объемной карты магнитного поля, описанный в [Комплекс для измерения объемной карты магнитного поля /Биктимиров Э.Ф., Фахрутдинов А.Р., Анашкин В.Н. // Казанский физико-технический институт имени Е.К. Завойского 2005. Ежегодник. Казань, Физтехпресс. 2006. С. 164-166]. Конструктивно датчик в этом комплексе представляет собой устройство из семи эквидистантно расположенных пластин, соединенных между собой по углам с помощью латунных проставок. На пластинах жестко закреплены 103 ЯМР-сенсора таким образом, что 7 из них расположены вдоль оси Z магнитного поля (для быстрой оценки однородности на оси Z), остальные расположены на пластинах по окружности объема однородности - сферы радиусом 300 мм.The closest technical solution to the claimed one is a sensor for measuring a three-dimensional map of a magnetic field, described in [Complex for measuring a three-dimensional map of a magnetic field / Biktimirov E.F., Fakhrutdinov A.R., Anashkin V.N. // Kazan Institute of Physics and Technology named after E.K. Zavoisky 2005. Yearbook. Kazan, PhysTechpress. 2006. S. 164-166]. Structurally, the sensor in this complex is a device of seven equidistant plates located, interconnected at the corners using brass spacers. 103 NMR sensors are rigidly fixed on the plates in such a way that 7 of them are located along the Z axis of the magnetic field (for a quick assessment of uniformity on the Z axis), the rest are located on the plates around the circumference of the homogeneity volume — a sphere of radius 300 mm.
Описанное устройство изготовлено для магнитной системы, создающей поле 0.06 Тл (рабочая частота 2.5 МГц) в сфере диаметром 300 мм, и не может быть использовано для малогабаритного томографа для измерения магнитного поля напряженностью 0.4 Тл (рабочая частота 17.5 МГц), в том числе потому, что не может быть позиционировано в магните с зазором 200 мм, поскольку датчик имеет размеры, превышающие зазор магнита малогабаритного томографа. Кроме того, в описываемом в прототипе устройстве применяются каркасные катушки индуктивности, что затрудняет изготовление катушек индуктивности и датчика в целом. Наличие каркасов не позволяет достигнуть значительного коэффициента заполнения и увеличения соотношения сигнал/шум, что снижает точность измерений.The described device is made for a magnetic system that creates a field of 0.06 T (working frequency 2.5 MHz) in a sphere with a diameter of 300 mm and cannot be used for a small tomograph to measure a magnetic field of 0.4 T (working frequency 17.5 MHz), including because which cannot be positioned in a magnet with a gap of 200 mm, since the sensor has dimensions that exceed the gap of the magnet of a compact tomograph. In addition, in the device described in the prototype, frame inductors are used, which complicates the manufacture of inductors and the sensor as a whole. The presence of frames does not allow to achieve a significant duty cycle and increase the signal-to-noise ratio, which reduces the accuracy of measurements.
Техническая задача, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, - создание датчика для измерения объемного распределения магнитного поля, позиционируемого в магните с зазором от 200 мм и позволяющего измерять объемное распределение магнитного поля напряженностью 0.4 Тл (рабочая частота 17.5 МГц), в течение одной-двух минут.The technical problem, which is claimed by the claimed utility model, is the creation of a sensor for measuring the volume distribution of the magnetic field, positioned in a magnet with a gap of 200 mm and allowing to measure the volume distribution of the magnetic field of 0.4 T (operating frequency 17.5 MHz), for one two minutes.
Техническая задача не может быть решена простым уменьшением размеров прототипа, поскольку при этом возникает проблема радиочастотной развязки близкорасположенных контуров, настроенных на одну частоту.The technical problem cannot be solved by simply reducing the size of the prototype, since this raises the problem of radio-frequency isolation of nearby circuits tuned to the same frequency.
Технический результат заключается в конструктивном устройстве заявляемого датчика для измерения объемного распределения магнитного поля, обеспечивающем возможность его позиционирования в магните с зазором от 200 мм, отсутствие взаимного воздействия близкорасположенных контуров и повышающем точность измерения объемного распределения магнитного поля.The technical result consists in the constructive device of the inventive sensor for measuring the volume distribution of the magnetic field, providing the possibility of its positioning in the magnet with a gap of 200 mm, the absence of mutual influence of nearby contours and increasing the accuracy of measuring the volume distribution of the magnetic field.
Задача решается, и технический результат достигается новым датчиком для измерения объемного распределения магнитного поля, представляющим собой систему ЯМР-сенсоров, закрепленных на семи скрепленных между собой, параллельно расположенных, имеющих общий центр симметрии пластинах таким образом, что система ЯМР-сенсоров образует объем однородности магнитного поля, ограниченный сферой, в котором 7 ЯМР-сенсоров расположены вдоль оси Z магнитного поля, причем один из них находится в центре сферы, а остальные располагаются на поверхности сферы по окружности на каждой пластине, на пластинах также закреплены настроечные конденсаторы, в количестве, совпадающем с количеством расположенных на данной пластине ЯМР-сенсоров. Особенность заявляемого датчика состоит в том, что диаметр сферы составляет 150 мм, на пластинах, расположенных ближе к полюсам сферы, находятся по 9 ЯМР-сенсоров, на остальных пластинах - по 13, близко расположенные соседние сенсоры разделены электромагнитными экранами или расположены ортогонально по отношению к другим для отсутствия взаимного воздействия, ЯМР-сенсоры выполнены бескаркасными для увеличения коэффициента заполнения и соотношения сигнал/шум для повышения точности измерений.The problem is solved, and the technical result is achieved by a new sensor for measuring the volume distribution of the magnetic field, which is a system of NMR sensors mounted on seven plates connected together, parallel, having a common center of symmetry, so that the system of NMR sensors forms a volume of magnetic uniformity field bounded by a sphere in which 7 NMR sensors are located along the Z axis of the magnetic field, one of them being in the center of the sphere, and the rest are located on the surface of the sphere s circumferentially on each plate, the plates also are fixed tuning capacitors, in an amount which coincides with the number of the plate located on NMR sensors. A feature of the inventive sensor is that the diameter of the sphere is 150 mm, on the plates located closer to the poles of the sphere, there are 9 NMR sensors, on the other plates - 13, closely adjacent neighboring sensors are separated by electromagnetic screens or orthogonal to for the other, in the absence of mutual influence, the NMR sensors are frameless to increase the duty cycle and signal to noise ratio to improve measurement accuracy.
На фиг. 1 представлено фотографическое изображение заявляемого устройства.In FIG. 1 presents a photographic image of the claimed device.
Датчик для измерения объемного распределения магнитного поля представляет собой 83 измерительных ЯМР-сенсоров 1, расположенных следующим образом: 76 ЯМР-сенсоров 1 расположены на сфере диаметром 150 мм, ограничивающей объем однородности магнитного поля напряженностью 0.4 Тл (рабочая частота 17.5 МГц), и еще 7 ЯМР-сенсоров 1 расположены вдоль оси магнитного поля (оси Z), в том числе один сенсор располагается в центре сферы. Этот сенсор устанавливается в изоцентре магнитной системы при позиционировании датчика перед измерениями.The sensor for measuring the volume distribution of the magnetic field is 83
Конструктивно такое расположение ЯМР-сенсоров 1 достигается тем, что все ЯМР-сенсоры 1 располагаются жестко закрепленными на семи соединенных между собой плоскопараллельных пластинах 2: на двух пластинах 2, расположенных ближе к полюсам сферы, на поверхности которой расположены ЯМР-сенсоры 1, - «внешних» пластинах (обозначены как 2А), - находятся по 9 ЯМР-сенсоров 1, на остальных пяти - «внутренних» пластинах 2 (обозначены как 2Б) - по 13 ЯМР-сенсоров 1, причем пластины 2 расположены таким образом, что зенитные углы между точками измерения (ЯМР-сенсорами), которые находятся на разных пластинах, одинаковы, что схематично изображено на Фиг. 2.Structurally, such an arrangement of
Пластины 2 выполнены цельными и одинакового размера из немагнитного материала, например, из фольгированного стеклотекстолита, и представляют собой прямоугольник с длиной сторон, лежащей в пределах 180-205 мм. Пластины 2 жестко соединены между собой с использованием деталей из немагнитного материала, например, с помощью латунных проставок (не обозначены).The
На фигуре 3 схематично изображена «внутренняя» пластина 2Б с установленными на ней 13-ю ЯМР-сенсорами 1, а на фигуре 4 представлено ее фотографическое изображение.Figure 3 schematically shows the "inner" plate 2B with the
Как иллюстрируют данные фигуры, 12 ЯМР-сенсоров 1 расположены на пластине 2, образуя окружность, принадлежащую сфере однородности магнитного поля. Оси симметрии 10-ти (обозначены как 1А) из 12-ти указанных ЯМР-сенсоров параллельны друг другу, а 2 (обозначены 1Б) расположены ортогонально по отношению к ним. 13-й ЯМР-сенсор 1(1В) располагается в центре окружности и является одним из 7 ЯМР-сенсоров 1, расположенных на оси магнитного поля (оси Z).As the figures illustrate, 12
Каждый из ЯМР-сенсоров 1 представляет собой резонансный контур, состоящий из катушки индуктивности, в которую помещается ампула с резонансным веществом, и конденсатора, собранного в виде емкостного делителя для согласования эквивалентного сопротивления контура и входного сопротивления подключенных к контуру цепей. В отличие от прототипа ЯМР-сенсоры 1 не имеют каркасов, что упрощает изготовление катушек индуктивности и датчика в целом и дает преимущество по сравнению с прототипом в плане увеличения коэффициента заполнения, а значит, и увеличения соотношения сигнал/шум.Each of the
Между соседними параллельно расположенными ЯМР-сенсорами 1А жестко закреплены электромагнитные экраны 3 (8 штук), выполненные из хорошо проводящего немагнитного металла, например, из медной фольги фольгированного стеклотекстолита.Between adjacent parallel-mounted
Применением электромагнитных экранов 3 и ортогонального расположения ЯМР-сенсоров 1Б по отношению к ЯМР-сенсорам 1А там, где применение экранов затруднительно, решается проблема радиочастотной развязки близкорасположенных контуров.The use of
На краях пластин 2 жестко закреплены настроечные конденсаторы 4, используемые для точной настройки контуров на резонансную частоту. Настроечные конденсаторы 4 выполнены из немагнитного материала, в количестве, совпадающем с количеством расположенных на данной пластине 2 ЯМР-сенсоров 1-13 на «внутренних» пластинах 2, 9 - на «внешних». Расположение настроечных конденсаторов 4 на краях пластин 2 позволяет осуществлять настройку ЯМР-сенсоров 1 непосредственно в зазоре магнита, что повышает удобство эксплуатации заявляемого устройства.At the edges of the
На фигуре 5 представлена схема «внешней» пластины 2А с установленными на ней 9-ю ЯМР-сенсорами 1. Оси симметрии 8-ми ЯМР-сенсоров (1А) параллельны друг другу, образуя окружность, принадлежащую сфере однородности магнитного поля. Между соседними ЯМР-сенсорами 1А расположены электромагнитные экраны 3 (6 штук). В центре окружности, образованной ЯМР-сенсорами 1А, ортогонально по отношению к ЯМР-сенсорам 1А, расположен один ЯМР-сенсор 1В, лежащий на оси Z магнитного поля.The figure 5 presents a diagram of the "external" plate 2A with 9 NMR sensors installed on it 1. The symmetry axes of the 8 NMR sensors (1A) are parallel to each other, forming a circle belonging to the sphere of uniformity of the magnetic field. Between
Работа заявляемого устройства проиллюстрирована на конкретном примере реализации заявляемого датчика для измерения объемного распределения магнитного поля напряженностью 0.4 Тл (рабочая частота 17.5 МГц) малогабаритного томографа ТМР-0.4-КФТИ, созданного в КФТИ им. Е.К. Завойского КазНЦ РАН.The operation of the inventive device is illustrated by a specific example of the implementation of the inventive sensor for measuring the volume distribution of a magnetic field with a strength of 0.4 T (operating frequency 17.5 MHz) of a small-sized tomograph TMP-0.4-KPTI, created in KPTI them. E.K. Zavoysky KazSC RAS.
Датчик представляет собой прямоугольный параллелепипед со сторонами длина-ширина-высота = 205-180-140 мм (высота указана без учета закрепленных на пластинах ЯМР-сенсоров) и помещается в зазор магнита ТМР-0.4-КФТИ 200 мм. Датчик состоит из семи жестко соединенных между собой параллельно друг другу и имеющих общий центр симметрии пластин. Пластины изготовлены цельными из фольгированного стеклотекстолита, одинакового размера (длина-ширина-высота (с учетом установленных элементов) = 205-180-16/20/24 мм) и соединены между собой с помощью латунных проставок по четырем углам пластин таким образом, что зенитные углы между точками измерения (ЯМР-сенсорами), которые находятся на разных пластинах, одинаковы, как это схематично изображено на Фиг. 2. Расстояние между пластинами составляет: 18 мм между внешней и следующей за внешней внутренней пластиной (между первой и второй, седьмой и шестой), 22 мм между следующей за внешней внутренней пластиной и следующей внутренней пластиной (между второй и третьей, шестой и пятой), 26 мм между последней указанной и средней пластиной (между третьей и четвертой, пятой и четвертой).The sensor is a rectangular parallelepiped with sides length-width-height = 205-180-140 mm (the height is indicated without taking into account the NMR sensors fixed on the plates) and is placed in the magnet gap TMP-0.4-KPTI 200 mm. The sensor consists of seven rigidly interconnected parallel to each other and having a common center of symmetry of the plates. The plates are made whole of foil fiberglass, the same size (length-width-height (taking into account the installed elements) = 205-180-16 / 20/24 mm) and interconnected using brass spacers at the four corners of the plates so that the anti-aircraft the angles between the measurement points (NMR sensors), which are on different plates, are the same, as shown schematically in FIG. 2. The distance between the plates is: 18 mm between the outer and the next after the outer inner plate (between the first and second, seventh and sixth), 22 mm between the next after the outer inner plate and the next inner plate (between the second and third, sixth and fifth) , 26 mm between the last indicated and middle plate (between the third and fourth, fifth and fourth).
На «внешних» пластинах, расположенных ближе к полюсам сферы (объема однородности), на поверхности которой расположены ЯМР-сенсоры, находятся по 9 ЯМР-сенсоров, на остальных пяти - «внутренних» пластинах- по 13 ЯМР-сенсоров, сенсоры расположены на пластинах, как описано ранее и изображено на фигурах 3-5. Таким образом 76 из 83 ЯМР-сенсоров расположены на сфере диаметром 150 мм, ограничивающей объем однородности магнитного поля, и еще 7 ЯМР-сенсоров расположены на оси магнитного поля (оси Z).On the “external” plates located closer to the poles of the sphere (homogeneity volume), on the surface of which there are NMR sensors, there are 9 NMR sensors, on the other five - “internal” plates — 13 NMR sensors, the sensors are located on the plates as described previously and shown in figures 3-5. Thus, 76 of 83 NMR sensors are located on a sphere with a diameter of 150 mm, which limits the volume of magnetic field uniformity, and another 7 NMR sensors are located on the axis of the magnetic field (Z axis).
ЯМР-сенсор представляет собой резонансный контур, состоящий из катушки индуктивности, выполненной из медного провода, хорошо держащего форму (индуктивность порядка 1 мкГн), и конденсатора, собранного в виде емкостного делителя для согласования эквивалентного сопротивления контура и входного сопротивления подключенных к контуру цепей. В катушку индуктивности помещена герметичная ампула из диэлектрического материала, полностью заполненная резонансным веществом - раствором медного купороса.The NMR sensor is a resonant circuit consisting of an inductor made of a copper wire that holds well in shape (inductance of the order of 1 μH) and a capacitor assembled in the form of a capacitive divider to match the equivalent circuit resistance and input resistance of the circuits connected to the circuit. A sealed ampoule of dielectric material is placed in the inductor, completely filled with a resonant substance - a solution of copper sulfate.
Между параллельно расположенными ЯМР-сенсорами жестко закреплены прямоугольные электромагнитные экраны, выполненные из немагнитного материала - фольгированного стеклотекстолита. Количество и размер экранов должны обеспечивать отсутствие радиочастотной связи близкорасположенных контуров, в конкретном описываемом датчике длина экранов, расположенных на «внутренних» пластинах (8 штук), составляет 70 мм, на «внешних» (6 штук) - по 100 мм для двух расположенных по краям экранов, по 47 мм для оставшихся четырех. Высота экранов зависит от расстояния между пластинами (меньше на 1-2 мм).Between parallel NMR sensors, rectangular electromagnetic screens made of a non-magnetic material - foil-coated fiberglass are rigidly fixed. The number and size of the screens should ensure the absence of radio frequency communication of nearby contours; in the particular sensor described, the length of the screens located on the "internal" plates (8 pieces) is 70 mm, on the "external" (6 pieces) - 100 mm for two located on the edges of the screens, 47 mm for the remaining four. The height of the screens depends on the distance between the plates (1-2 mm less).
На краях пластин жестко закреплены настроечные конденсаторы номинальной емкостью 10-120 пФ, в количестве, совпадающем с количеством расположенных на данной пластине ЯМР-сенсоров.At the edges of the plates, tuning capacitors with a nominal capacitance of 10-120 pF are rigidly fixed, in an amount that coincides with the number of NMR sensors located on this plate.
ЯМР-сенсоры предварительно, до сбора датчика для измерения объемного распределения магнитного поля, настраиваются на резонансную частоту на каждой пластине отдельно при помощи настроечных конденсаторов путем изменения емкости конденсатора вращением ротора конденсатора. В процессе сборки заявляемого устройства, а также во время его помещения в зазор магнита резонансная частота некоторых ЯМР-сенсоров может незначительно изменится. В этом случае выполняют подстройку резонансной частоты ЯМР-сенсоров с помощью настроечных конденсаторов. Расположение настроечных конденсаторов на краях пластин позволяет осуществлять настройку ЯМР-сенсоров непосредственно в зазоре магнита, повышая удобство эксплуатации заявляемого устройства.NMR sensors previously, before collecting the sensor to measure the volume distribution of the magnetic field, are tuned to the resonant frequency on each plate separately using tuning capacitors by changing the capacitance of the capacitor by rotating the capacitor rotor. During the assembly of the inventive device, as well as during its placement in the magnet gap, the resonant frequency of some NMR sensors may slightly change. In this case, the resonance frequency of the NMR sensors is tuned using the tuning capacitors. The location of the tuning capacitors at the edges of the plates allows you to configure the NMR sensors directly in the gap of the magnet, increasing the usability of the inventive device.
Для автоматизации процесса измерения карты распределения магнитного поля используют автоматизированный комплекс, схематично изображенный на фигуре 6, аналогичный описанному в прототипе. Работа комплекса описана в [Фахрутдинов А.Р., Фаттахов Я.В., Шагалов В.А., Хабипов Р.Ш., Баязитов А.А. Аппаратно-программный комплекс для измерения объемной карты магнитного поля. Сборник материалов II-й Всероссийской научно-практической конференции «Научное приборостроение - современное состояние и перспективы развития». Казань, 4-7 июня 2018 г., С. 294-295]. Каждый из ЯМР-сенсоров датчика соединен с платой мультиплексоров, предназначенной для подключения в определенный момент времени нужного ЯМР-сенсора в датчике, и соединенной с платой управления, которая соединена с компьютером и позволяет управлять датчиком через компьютер. Плата мультиплексоров также соединена с радиоспектрометром, соединенным в свою очередь с компьютером. Персональный компьютер, управляющий томографом, выступает координирующим устройством для комплекса.To automate the process of measuring the map of the distribution of the magnetic field using an automated system, schematically depicted in figure 6, similar to that described in the prototype. The work of the complex is described in [Fakhrutdinov A.R., Fattakhov Y.V., Shagalov V.A., Khabipov R.Sh., Bayazitov A.A. Hardware-software complex for measuring the volumetric map of the magnetic field. The collection of materials of the II All-Russian scientific-practical conference "Scientific instrumentation - the current state and development prospects." Kazan, June 4-7, 2018, S. 294-295]. Each of the NMR sensors of the sensor is connected to the multiplexer board, designed to connect the desired NMR sensor in the sensor at a certain point in time, and connected to the control board, which is connected to the computer and allows you to control the sensor through the computer. The multiplexer board is also connected to a radio spectrometer, which in turn is connected to a computer. The personal computer that controls the tomograph acts as a coordinating device for the complex.
Для комплекса разработан программный модуль, осуществляющий снятие пространственной карты поля. Он формирует последовательность коммутируемых сенсоров, в соответствии с которой нужный в данный момент сенсор подключается к приемному тракту томографа, после чего с помощью аппаратных и программных средств томографа формируется и регистрируется сигнал ЯМР и вычисляется отстройка частоты для данного сенсора. Драйвер, управляющий комплексом, помимо коммуникационных функций, осуществляет также и привязку номеров датчиков к пространственным координатам, что необходимо для формирования карты поля.A software module has been developed for the complex that implements a spatial field map. It forms a sequence of switched sensors, in accordance with which the currently needed sensor is connected to the receiving path of the tomograph, after which, using the hardware and software of the tomograph, an NMR signal is generated and recorded and the frequency offset for the given sensor is calculated. The driver managing the complex, in addition to communication functions, also binds the sensor numbers to spatial coordinates, which is necessary for forming a field map.
При работе программного модуля оператору доступны следующие режимы: «1», «2», «3».When the software module is operating, the following modes are available to the operator: “1”, “2”, “3”.
В режиме «1» в окне параметров программы управления радиоспектрометром томографа может быть выбран любой сенсор из 83. Также устанавливаются параметры импульсной последовательности такие как: амплитуда и длительность радиочастотного импульса, число точек оцифровки сигнала спада свободной индукции (ССИ) и интервал между ними, значение частоты среза фильтра низких частот, число повторов (накоплений), время повтора между сканами и др. После запуска программы кнопкой «Пуск» в окне сканирования компьютер, управляющий томографом, посылает соответствующую команду на микроконтроллер платы управления комплексом. При этом плата мультиплексоров по команде от платы управления подключает выбранный оператором сенсор датчика. Импульсная программа начинает работать в автономном режиме, а оператор может наблюдать сигнал ССИ в соответствующей точке пространства зазора магнита. Этот режим может быть использован либо для оперативного контроля величины магнитного поля в выбранной точке, либо для подстройки рабочей частоты томографа под величину магнитного поля в изоцентре магнита (сенсор «0») для того, чтобы показания в других точках пространства производились относительно этой точки. Программные средства томографа позволяют определить частоту отстройки сигнала ССИ и при необходимости записать это значение в соответствующий файл.In the “1” mode, any sensor out of 83 can be selected in the parameters window of the tomography radio spectrometer control program. Pulse sequence parameters are also set such as the amplitude and duration of the radio frequency pulse, the number of points of digitization of the decay signal of free induction (SSI) and the interval between them, value cutoff frequencies of the low-pass filter, the number of retries (accumulations), retry time between scans, etc. After starting the program with the Start button in the scan window, the computer controlling the tomograph sends the corresponding command to the microcontroller of the complex control board. In this case, the multiplexer board, upon command from the control board, connects the sensor sensor selected by the operator. The pulse program begins to work in stand-alone mode, and the operator can observe the SSI signal at the corresponding point in the space of the magnet gap. This mode can be used either for operational control of the magnetic field at a selected point, or for adjusting the operating frequency of the tomograph to the magnetic field in the magnet isocenter (sensor "0") so that readings at other points in space are made relative to this point. The tomography software allows you to determine the frequency of the detuning of the SSI signal and, if necessary, write this value to the corresponding file.
В режиме «2» программный модуль работает следующим образом. После запуска импульсной программы с предварительно установленными параметрами, компьютер, управляющий томографом, посылает на плату управления команду подключить сенсор «0», импульсная программа начинает свою работу, по сигналам ССИ определяется частота отстройки и значения записываются в соответствующий файл. При исполнении количества сканов, равных установленным оператором, происходит переключение платы мультиплексоров на следующий сенсор по команде от компьютера на плату управления. Импульсная программа продолжает свою работу. Номера сенсоров, находящихся на оси Z магнитного поля, заранее прописываются в тексте импульсной последовательности до компиляции программы. По завершении работы импульсной программы формируется файл, содержащий координаты датчиков и соответствующие им усредненные значения отстройки частоты от резонансного значения.In the "2" mode, the software module operates as follows. After starting the pulse program with the preset parameters, the computer controlling the tomograph sends a command to connect the “0” sensor to the control board, the pulse program starts its work, the detuning frequency is determined by the SSI signals and the values are written to the corresponding file. When the number of scans equal to those set by the operator is executed, the multiplexer board switches to the next sensor upon command from the computer to the control board. The impulse program continues its work. The numbers of sensors located on the Z axis of the magnetic field are predefined in the text of the pulse sequence before compiling the program. Upon completion of the pulse program, a file is generated containing the coordinates of the sensors and the corresponding average values of the frequency detuning from the resonance value.
В режиме «3» программный модуль работает подобно режиму «1» с тем отличием, что через каждые десять сенсоров происходит переключение на сенсор «0» для того, чтобы измерить и скомпенсировать возможный дрейф поля за время измерений, которое составляет 2-3 минуты в зависимости от числа накоплений и выставленного времени повтора. Программный модуль каждый раз анализирует значения частоты для нулевого сенсора и производит коррекцию частот для десяти точек между этими значениями по линейному закону. По завершении работы импульсной программы также формируется соответствующий файл, в котором вычисляется максимальная величина неоднородности магнитного поля по формуле:In the “3” mode, the program module works similar to the “1” mode with the difference that every ten sensors switch to the “0” sensor in order to measure and compensate for the possible field drift during the measurement time, which is 2-3 minutes in depending on the number of accumulations and the set retry time. Each time, the software module analyzes the frequency values for the zero sensor and corrects the frequencies for ten points between these values according to a linear law. Upon completion of the pulse program, the corresponding file is also generated in which the maximum value of the magnetic field inhomogeneity is calculated by the formula:
где ƒ0 - частота в изоцентре магнита.where ƒ 0 is the frequency in the isocenter of the magnet.
Перед измерениями датчик помещают в зазор магнита томографа таким образом, чтобы ЯМР-сенсор, расположенный в центре объема однородности магнитного поля - в середине средней (четвертой) пластины (сенсор 0) - установился в изоцентре магнитной системы.Before measurements, the sensor is placed in the gap of the tomograph magnet in such a way that the NMR sensor located in the center of the volume of magnetic field uniformity - in the middle of the middle (fourth) plate (sensor 0) - is installed in the isocenter of the magnetic system.
Аппаратно-программный комплекс запускают в режиме «1» для того, чтобы подстроить рабочую частоту томографа под величину магнитного поля в точке с координатами (0; 0; 0). Частота биений ССИ в этой точке оказывается почти равной нулю с учетом небольшого температурного дрейфа. Далее комплекс запускают в режиме «2». В этом режиме последовательно переключаются сенсоры, находящиеся на оси, результаты измерения частоты биений в этих точках записываются в соответствующий файл. Для коррекции неоднородности магнитного поля первого порядка (линейные градиенты) могут использоваться корректирующие токи, возбуждаемые в градиентных катушках томографа.The hardware-software complex is launched in the “1” mode in order to adjust the operating frequency of the tomograph to the magnitude of the magnetic field at a point with coordinates (0; 0; 0). The frequency of the SSI beats at this point is almost zero, taking into account a small temperature drift. Next, the complex is launched in the "2" mode. In this mode, the sensors located on the axis are switched sequentially, the results of measuring the beat frequency at these points are recorded in the corresponding file. To correct the inhomogeneity of the magnetic field of the first order (linear gradients), correction currents excited in the gradient coils of the tomograph can be used.
Таким образом, создан датчик для малогабаритного томографа, позволяющий позиционировать его в магните с зазором от 200 мм, и дающий возможность быстро - в течение одной-двух минут - и достаточно точно оценить однородность магнитного поля напряженностью 0.4 Тл (рабочая частота 17.5 МГц) и рассчитать амплитуды сферических составляющих поля, что необходимо на этапах установки магнита во время пуско-наладочных работ, при проверке градиентных полей и во время эксплуатации томографа для быстрой корректировки неоднородности поля. Отсутствие каркасов ЯМР-сенсоров обеспечивает увеличение коэффициента заполнения и соотношения сигнал/шум, что приводит к повышению точности измерений по сравнению с прототипом.Thus, a sensor was created for a small-sized tomograph, which allows it to be positioned in a magnet with a gap of 200 mm, and which makes it possible to quickly - within one to two minutes - and rather accurately evaluate the uniformity of the magnetic field with a strength of 0.4 T (operating frequency 17.5 MHz) and calculate the amplitudes of the spherical components of the field, which is necessary at the stages of installing the magnet during commissioning, when checking gradient fields and during operation of the tomograph to quickly correct field inhomogeneity. The absence of frames of NMR sensors provides an increase in the duty cycle and signal-to-noise ratio, which leads to an increase in measurement accuracy compared to the prototype.
Claims (9)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018130960U RU186685U1 (en) | 2018-08-27 | 2018-08-27 | Sensor for measuring the volume distribution of the magnetic field |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018130960U RU186685U1 (en) | 2018-08-27 | 2018-08-27 | Sensor for measuring the volume distribution of the magnetic field |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU186685U1 true RU186685U1 (en) | 2019-01-29 |
Family
ID=65270063
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2018130960U RU186685U1 (en) | 2018-08-27 | 2018-08-27 | Sensor for measuring the volume distribution of the magnetic field |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU186685U1 (en) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4672318A (en) * | 1984-02-01 | 1987-06-09 | Hitachi, Ltd. | Method of measuring the static magnetic field distribution in an NMR inspection system |
| US4724388A (en) * | 1985-06-07 | 1988-02-09 | Hitachi, Ltd. | Magnetic resonance imaging method |
| US4949044A (en) * | 1988-04-18 | 1990-08-14 | Resonance Research, Inc. | Apparatus for mapping a static magnetic field |
| SU1712845A1 (en) * | 1989-06-05 | 1992-02-15 | Институт Прикладной Физики Ан Бсср | Method of constant magnetic field distribution measurement in nuclear magnetic resonance tomography |
| US5345178A (en) * | 1992-04-21 | 1994-09-06 | Siemens Aktiengesellschaft | Method for setting the current through shim coils and gradient coils in a nuclear magnetic resonance apparatus |
-
2018
- 2018-08-27 RU RU2018130960U patent/RU186685U1/en active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4672318A (en) * | 1984-02-01 | 1987-06-09 | Hitachi, Ltd. | Method of measuring the static magnetic field distribution in an NMR inspection system |
| US4724388A (en) * | 1985-06-07 | 1988-02-09 | Hitachi, Ltd. | Magnetic resonance imaging method |
| US4949044A (en) * | 1988-04-18 | 1990-08-14 | Resonance Research, Inc. | Apparatus for mapping a static magnetic field |
| SU1712845A1 (en) * | 1989-06-05 | 1992-02-15 | Институт Прикладной Физики Ан Бсср | Method of constant magnetic field distribution measurement in nuclear magnetic resonance tomography |
| US5345178A (en) * | 1992-04-21 | 1994-09-06 | Siemens Aktiengesellschaft | Method for setting the current through shim coils and gradient coils in a nuclear magnetic resonance apparatus |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Комплекс для измерения объемной карты магнитного поля, Биктимиров Э.Ф., Фахрутдинов А.Р., Анашкин В.Н., Казанский физико-технический институт имени Е.К. Завойского, 2005, Ежегодник, Казань, Физтехпресс, 2006, с. 164-166. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN110638453B (en) | Tunable cylindrical super-structure surface device for nuclear magnetic resonance imaging and preparation method thereof | |
| US8089281B2 (en) | Doubly resonant high field radio frequency surface coils for magnetic resonance | |
| CN104101853A (en) | Method and magnetic resonance system to determine a resonance frequency deviation | |
| KR20190062491A (en) | Radio frequency coil tuning method and apparatus | |
| US8686728B2 (en) | System for adapting an RF transmission magnetic field for image acquisition | |
| US20040155659A1 (en) | System and method for single-sided magnetic resonance imaging | |
| CN103969610B (en) | Acquisition of magnetic resonance data and the method and magnetic resonance equipment in determination B1 magnetic fields | |
| EP1239297A3 (en) | Planar NMR coils with localized field-generating and capacitive elements | |
| JPS61124854A (en) | Nuclear magnetic resonance imaging antenna sub-system with plurality of non-orthogonal surface coil | |
| JP6453068B2 (en) | Magnetic resonance imaging system | |
| KR101625735B1 (en) | Method to implement a multi-echo measurement sequence and magnetic resonance system | |
| JP5848606B2 (en) | Magnetic resonance imaging apparatus and excitation region adjustment method | |
| US4626784A (en) | NMR imaging device | |
| US5079503A (en) | Magnetic resonance imaging apparatus and method for operating same | |
| RU186685U1 (en) | Sensor for measuring the volume distribution of the magnetic field | |
| JP6048868B2 (en) | RF coil for measuring nuclear magnetic resonance phenomena | |
| US11378636B2 (en) | Local shimming system for magnetic resonance imaging | |
| Ghaly et al. | Design, Simulation, Modeling, and Implementation of a Square Helmholtz Coil in Contrast with a Circular Coil for MRI Applications. | |
| JP2002512098A (en) | Gradient magnetic field projection | |
| Cui et al. | Development of electromagnetic tomography system using LCR meter | |
| JPH04285535A (en) | Mri multiple tuning coil | |
| Rogovich et al. | Design of magnetic resonance imaging (MRI) RF coils by using the method of moments | |
| CN108020798B (en) | System and method for magnetic resonance imaging of one or more subjects | |
| SU64578A1 (en) | Device for measuring the parameter of oscillatory circuits and their elements | |
| Ghaly et al. | Design and Testing of a Square Helmholtz Coil for NMR Applications with Relative Improved B 1 Homogeneity |