WO2017121532A1 - Device and method for measuring magnetic resonance signals - Google Patents

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Abstract

The invention relates to a device (1) for measuring magnetic resonance signals, having a coil device (3) for generating a magnetic field (B0) with at least one magnet coil (5, 5a, 5b) with a superconductive coil winding. The coil device (5) has a cooling device (7) for dry cooling the superconductive coil winding. The device (1) has a specified passage direction (x) for sequentially transporting a plurality of measurement objects (9) through the device (1). Furthermore, the coil device (5) has a continuous inner cavity which defines a continuous sample chamber (11) and through which the measurement objects (9) can be transported one behind the other through the device (1) along the passage direction (x). The invention further relates to the use of such a device for security checks, wherein the measurement objects (9) are a plurality of transport goods (9a) and/or persons (9b) which are examined for the presence of defined types of hazardous materials. The invention further relates to a security check method using such a device.

Description

Beschreibung description
Vorrichtung und Verfahren zur Messung von Magnetresonanzsignalen Apparatus and method for measuring magnetic resonance signals
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Mes¬ sung von Magnetresonanzsignalen, die eine Spuleneinrichtung zur Erzeugung eines Magnetfeldes mit wenigstens einer Magnet¬ spule mit einer supraleitenden Spulenwicklung aufweist, wobei die Spuleneinrichtung eine Kühlvorrichtung zur trockenen Kühlung der supraleitenden Spulenwicklung umfasst. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Verwendung einer solchen Vorrichtung sowie mit einer solchen Vorrichtung durchzuführendes Verfahren . The present invention relates to a device for Mes ¬ solution of magnetic resonance signals, comprising a coil means for generating a magnetic field having at least one magnetic ¬ coil with a superconducting coil winding, wherein the coil means comprises a cooling device for dry cooling of the superconducting coil winding. Furthermore, the invention relates to a use of such a device as well as to be carried out with such a device method.
Nach dem Stand der Technik sind Geräte zur Messung von Magnetresonanzsignalen bekannt, die beispielsweise in der medi¬ zinischen Bildgebung oder in der Materialanalyse beziehungsweise chemischen Strukturanalyse zum Einsatz kommen. Den ver- schiedenen Arten von Geräten ist gemeinsam, dass jeweils ein starker Magnet zur Erzeugung eines starken, konstanten und möglichst homogenen Magnetfeldes benötigt wird, um die magne¬ tischen Kernmomente im Mittel entlang einer Vorzugsrichtung auszurichten. Die so ausgerichteten magnetischen Momente der Kerne können dann mit einem hochfrequenten elektromagnetischen Feld (meist in Form eines oder mehrerer kurzer Hochfrequenz-Pulse) in resonante Wechselwirkung gebracht werden. Ein Magnetresonanzsignal ist ein auf der Grundlage dieser reso- nanten Wechselwirkung entstehendes Signal, welches meistens von einer Hochfrequenz-Empfangsspule als Antwort auf ein von einer Hochfrequenz-Sendespule ausgesendetes Signal gemessen wird. Die häufigste Form einer solchen Messung ist die Mes¬ sung eines sogenannten freien Induktionszerfalls. Basierend auf diesem grundlegenden Messprinzip werden im Stand der Technik zahlreiche Arten von Messungen beschrieben, die auf unterschiedlichen Abfolgen von elektromagnetischen Sendepulsen und Empfangsphasen beruhen. Bei der kernmagnetischen Resonanz-Spektroskopie (kurz: NMR- Spektroskopie für englisch „nuclear magnetic resonance" According to the state of the art devices for the measurement of magnetic resonance signals are known, which are, for example in the medi ¬ zinischen imaging or in material analysis, or chemical structure analysis used. The various types of equipment have in common that in each case a strong magnet is required for generating a strong, constant and homogenous magnetic field to align the magnetic ¬ tables nuclear moments in the center along a preferred direction. The so-aligned magnetic moments of the cores can then be brought into resonant interaction with a high-frequency electromagnetic field (usually in the form of one or more short high-frequency pulses). A magnetic resonance signal is a signal resulting from this resonant interaction, which is mostly measured by a high frequency receiver coil in response to a signal transmitted by a high frequency transmitter coil. The most common form of such a measurement is the Mes ¬ solution a so-called free induction decay. Based on this basic measuring principle, the prior art describes numerous types of measurements based on different sequences of electromagnetic transmission pulses and reception phases. In nuclear magnetic resonance spectroscopy (short: NMR spectroscopy for English "nuclear magnetic resonance"
Spektroskopie) wird typischerweise das elektromagnetische Signal des gemessenen freien Induktionszerfalls durch Fou- rier-Analyse in seine einzelnen Frequenzkomponenten zerlegt. Die Auftragung der gemessenen Intensitäten gegen diese Frequenzkomponenten ergibt das sogenannte NMR-Spektrum, in denen für einen vorgegebenen Typ von Kern (beispielsweise Wasserstoff 1R oder Kohlenstoff 13C) unterschiedliche chemische Bin- dungsumgebungen als unterschiedliche spektrale Banden oderSpectroscopy), the electromagnetic signal of the measured free induction decay is typically decomposed by Fourier analysis into its individual frequency components. The plot of the measured intensities to these frequency components is the so-called NMR spectrum, in which for a given type of core (for example, hydrogen or carbon 1 R 13 C) different chemical bond-making environments as different spectral bands, or
Linien erkennbar sind. Durch diese sogenannte chemische Ver¬ schiebung und durch die Spin-Spin-Kopplung an benachbarte Kerne ergeben sich auf diese Weise charakteristische spektra¬ le Signaturen für die unterschiedlichen chemischen Umgebungen in verschiedenen Verbindungen. Daher kann die NMR-Lines are recognizable. This so-called chemical shift Ver ¬ and through the spin-spin coupling to adjacent cores arising in this way characteristic spektra ¬ le signatures for the different chemical environments in various compounds. Therefore, the NMR
Spektroskopie sowohl für die Strukturaufklärung unbekannter Verbindungen verwendet werden als auch für die Detektion bereits bekannter Materialien durch Vergleich mit existierenden Spektren . Spectroscopy can be used both for the structure elucidation of unknown compounds as well as for the detection of already known materials by comparison with existing spectra.
Bei der Magnetresonanz-Bildgebung (MR-Bildgebung) dagegen wird ein ortsaufgelöstes Signal erhalten, indem durch eine oder mehrere zusätzliche Gradientenspulen ein ortsabhängiges Magnetfeld B i dem homogenen Magnetfeld Bo überlagert wird und dann die zu vermessenden Kerne nacheinander in Resonanz gebracht werden. Eine solche bildgebende Messung beruht dabei typischerweise nicht auf einer spektralen Zerlegung wie bei der Spektroskopie, sondern auf einer ortsaufgelösten Bestimmung der Signalintensitäten und/oder der Relaxationszeiten der Spins, die sich auf die Abklingzeiten der gemessenen elektromagnetischen Signale auswirken. Mit verschiedenen Arten von Pulsfolgen (beispielsweise sogenannten Spin-Echo- Sequenzen) können dabei unterschiedliche Arten von Relaxati¬ onszeiten gemessen werden. In der medizinischen Bildgebung werden dabei am häufigsten 1R- , also Protonen-Signale gemes¬ sen, womit dann die unterschiedlichen Relaxationszeiten des Wasserstoffs (hauptsächlich in Form von Wasser) in den verschiedenen Gewebearten, sowie auch der unterschiedliche Was- serstoff-Gehalt abgebildet werden. Es können aber prinzipiell auch andere Kerne mit geeignetem Kernspin ortsaufgelöst im Hinblick auf ihre Häufigkeit und chemische Umgebung gemessen werden . In magnetic resonance imaging (MR imaging), on the other hand, a spatially resolved signal is obtained by superimposing a location-dependent magnetic field B i on the homogeneous magnetic field Bo by one or more additional gradient coils, and then sequentially resonating the cores to be measured. Such an imaging measurement is typically based not on a spectral decomposition as in spectroscopy, but on a spatially resolved determination of the signal intensities and / or the relaxation times of the spins, which affect the decay times of the measured electromagnetic signals. With different types of pulse sequences (for example, so-called spin-echo sequences) may be of different types of Relaxati ¬ onszeiten be measured. In medical imaging, most often 1 R-, so proton signals are gemes ¬ sen, which then the different relaxation times of the hydrogen (mainly in the form of water) in the different types of tissue, as well as the different water- hydrogen content can be mapped. In principle, however, other cores with a suitable nuclear spin can also be measured spatially resolved with regard to their frequency and chemical environment.
Sowohl für die NMR-Spektroskopie als auch für die MR- Bildgebung werden normalerweise sehr starke Bo-Magnetfeider benötigt. Zu ihrer Erzeugung können Permanentmagnete, normal¬ leitende Elektromagnete oder auch supraleitende Magnetspulen zum Einsatz kommen. Für magnetische Feldstärken oberhalb von 0,5 T werden dabei überwiegend supraleitende Magnetspulen eingesetzt. In einer supraleitenden Magnetspule kann der zur Erzeugung des zeitlich konstanten Magnetfeldes nötige Gleichstrom nahezu verlustfrei fließen, und es werden hohe Strom- dichten erreicht. Der supraleitende Leiter einer solchen sup¬ raleitenden Magnetspule muss beim Betrieb auf eine kryogene Temperatur unterhalb seiner Sprungtemperatur gekühlt werden. Um dies zu erreichen wird bei sehr vielen Magnetresonanz- Messvorrichtungen eine Kühlung des supraleitenden Materials durch Umspülung mit einem kryogenen flüssigen Kühlmittel in einem Badkryostaten eingesetzt. Das am häufigsten verwendete Kühlmittel ist flüssiges Helium, mit dem Temperaturen im Be¬ reich von 4 K erreicht werden können. Allerdings ist Helium nur begrenzt verfügbar und wird immer teurer. Ein weiterer Nachteil einer solchen Kühlung ist, dass bei einem plötzlichen Zusammenbruch der supraleitenden Eigenschaften (einem sogenannten „Quench") das gesamte flüssige Helium verdampft und anschließend ersetzt werden muss. Auch das Abkühlen und Inbetriebnehmen einer solchen Helium-gekühlten supraleitenden Spule ist insgesamt sehr zeit- und ressourcenaufwendig. Both NMR spectroscopy and MR imaging typically require very strong Bo magnetic fields. For their production permanent magnets, normal ¬ conducting electromagnets or superconducting solenoids can be used. For magnetic field strengths above 0.5 T predominantly superconducting magnetic coils are used. In a superconducting magnet coil, the direct current required to generate the temporally constant magnetic field can flow virtually loss-free, and high current densities are achieved. The superconducting conductor such sup ¬ raleitenden solenoid coil must be cooled during operation to a cryogenic temperature below its critical temperature. In order to achieve this, cooling of the superconducting material by flushing with a cryogenic liquid coolant in a bath cryostat is used in many magnetic resonance measuring devices. The coolant most commonly used is liquid helium, can be achieved ¬ rich of 4 K to the temperatures in the Be. However, helium is limited and is becoming more expensive. A further disadvantage of such cooling is that, in the event of a sudden collapse of the superconducting properties (a so-called "quench"), the entire liquid helium must be vaporized and subsequently replaced, and the cooling and commissioning of such a helium-cooled superconducting coil is altogether very time-consuming - and resource-consuming.
Um diese Nachteile zu vermeiden, ist es prinzipiell auch mög¬ lich, Magnetresonanz-Messvorrichtungen trocken zu kühlen. Dies bedeutet, dass die supraleitenden Leiter nicht direkt von einem flüssigen Kühlmittel umspült sind. Stattdessen können sie wärmeleitend an einen Kaltkopf einer Kältemaschine angekoppelt sein. Hierdurch ist der Verbrauch an flüssigem Helium gegenüber einem Helium-Badkryostaten stark reduziert. Die Kältemaschine kann trotzdem mit Helium arbeiten, aber in diesem Fall liegt das Helium in einem geschlossenen Kühlmittelkreislauf der Kältemaschine vor und muss daher nicht bei einem Abdampfen aus dem Kryostaten der Spulenwicklung nachgefüllt werden. To avoid these disadvantages, it is also mög ¬ Lich principle to cool magnetic measuring devices dry. This means that the superconducting conductors are not directly surrounded by a liquid coolant. Instead, they may be thermally coupled to a cold head of a chiller. As a result, the consumption of liquid helium is greatly reduced compared to a helium bath cryostat. The chiller can still work with helium, but in this case the helium is present in a closed coolant circuit of the chiller and therefore does not need to be refilled with an evaporate from the cryostat of the coil winding.
Bisher wurden noch keine Vorrichtungen zur Messung von Magnetresonanzsignalen beschrieben, die sich für das routinemäßige Screening von Personen und/oder Transportgütern im Rahmen von Sicherheitskontrollen eignen. Neben dem hohen apparativen Aufwand (vor allem bei den heliumgekühlten Magnetspulen) , spielt bei vielen herkömmlichen Magnetresonanz- Vorrichtungen auch das begrenzte Probenvolumen sowie die begrenzte Zugänglichkeit des Probenraums eine Rolle. Bei den meisten herkömmlichen NMR-Spektrometern ist der Probenraum durch einen nur einseitig offenen Hohlraum im Inneren der Magnetspule (n) gegeben. Ein sequenzieller Transport von einer Vielzahl von Messobjekten durch die Vorrichtung hindurch ist mit einem solchen Spektrometer nicht möglich. Auch herkömmliche MR-Tomographen zur medizinischen Bildgebung arbeiten nicht nach dem Prinzip des sequenziellen Transports von Messobjekten durch die Vorrichtung hindurch, sondern es werden Patienten auf einer Patientenliege von einer Seite in einen inneren Hohlraum hineingefahren und nach Abschluss der tomographischen Messungen auf derselben Seite wieder herausgefahren . So far, no devices have been described for measuring magnetic resonance signals suitable for the routine screening of persons and / or goods in the context of security controls. In addition to the high expenditure on equipment (especially in the case of helium-cooled magnetic coils), the limited sample volume and the limited accessibility of the sample space also play a role in many conventional magnetic resonance apparatus. In most conventional NMR spectrometers, the sample space is defined by a one-sided open cavity inside the magnetic coil (s). A sequential transport of a plurality of measuring objects through the device is not possible with such a spectrometer. Even conventional medical imaging MR tomographs do not operate on the principle of the sequential transport of measurement objects through the device, but patients are driven on a patient couch from one side into an inner cavity and retracted on the same side after completing the tomographic measurements.
Weiterhin ist bei herkömmlichen MR-Messvorrichtungen eine Einführung beliebiger Messobjekte mit unbekannter Materialzusammensetzung in den Probenraum nicht ohne Weiteres möglich. Die Spuleneinrichtungen zur Erzeugung der starken statischen Magnetfelder Bo sind im Allgemeinen so ausgelegt, dass die magnetische Feldstärke in einem in etwa dem inneren Hohlraum entsprechenden Homogenitätsbereich sehr stark und homogen ist, und dass sie in den benachbarten Bereichen außerhalb dieses Hohlraums mit zunehmendem Abstand vom Mittelpunkt der Vorrichtung sehr schnell auf sehr niedrige Werte abfällt. In den Randbereichen des Probenraums und/oder in den direkt be- nachbarten Bereichen treten damit sehr hohe Feldgradienten auf. Wenn Messobjekte mit ferromagnetischen Materialanteilen in die Nähe der Vorrichtung gebracht werden und anschließend in den Probenraum eingeführt werden sollen, können dabei sehr hohe magnetische Anziehungskräfte auftreten, so dass solche Messobjekte stark beschleunigt werden und ein hohes Gefähr¬ dungspotential verursachen können, da sie dann ähnlich wie ein Geschoss wirken. Auch das Einführen von Messobjekten mit anderen metallischen Materialanteilen kann problematisch sein, da durch ihre Bewegung im Bereich der starken Magnetfeldgradienten hohe Wirbelströme induziert werden. Dieser Effekt beruht auf demselben Funktionsprinzip wie bei einer Wirbelstrombremse und kann eine erwünschte Bewegung des Messob¬ jekts vor allem in den Randbereichen der Vorrichtung stark einschränken. Furthermore, in conventional MR measuring devices, it is not readily possible to introduce any measuring objects of unknown material composition into the sample space. The coil means for generating the strong static magnetic fields Bo are generally designed so that the magnetic field strength in a homogeneity region corresponding approximately to the inner cavity is very strong and homogeneous, and that in the adjacent areas outside this cavity with increasing distance from the center of Device drops very quickly to very low values. In the peripheral areas of the sample room and / or in the directly adjacent areas thus occur very high field gradients. If the measurement objects are placed in the vicinity of the device with ferromagnetic material portions and is to be subsequently introduced into the sample compartment can in this case very high magnetic attraction forces occur, so that such metrics are greatly accelerated and can cause high dangerous ¬ dung potential since they then similar to a bullet act. Also, the introduction of measuring objects with other metallic material fractions can be problematic because high eddy currents are induced by their movement in the region of the strong magnetic field gradients. This effect is based on the same principle as in an eddy current brake, and can restrict a desired movement of the Messob ¬ jekts strong especially in the peripheral areas of the device.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung zur Messung von Magnetresonanzsignalen anzugeben, welche die genannten Nachteile überwindet. Insbesondere soll eine solche Vor- richtung zur Verfügung gestellt werden, welche sich für dieThe object of the invention is therefore to provide a device for measuring magnetic resonance signals, which overcomes the disadvantages mentioned. In particular, such a device should be made available which is suitable for the
Vermessung einer Vielzahl von Proben unbekannter Zusammensetzung eignet. Eine weitere Aufgabe ist es, eine Verwendung ei¬ ner solchen Vorrichtung sowie ein Verfahren zur Messung von Magnetresonanzsignalen mit einer solchen Vorrichtung anzuge- ben. Measurement of a variety of samples of unknown composition is suitable. A further object is to ben anzuge- use ei ¬ ner such a device and a method for the measurement of magnetic resonance signals with such a device.
Diese Aufgaben werden durch die in Anspruch 1 beschriebene Vorrichtung, die in Anspruch 11 beschriebene Verwendung und das in Anspruch 12 beschriebene Verfahren gelöst. Die erfin- dungsgemäße Vorrichtung zur Messung von Magnetresonanzsigna¬ len weist eine Spuleneinrichtung zur Erzeugung eines Magnetfeldes auf. Diese Spuleneinrichtung umfasst wenigstens eine Magnetspule mit einer supraleitenden Spulenwicklung. Die Spuleneinrichtung weist ferner eine Kühlvorrichtung zur trocke- nen Kühlung der supraleitenden Spulenwicklung auf. Die Vorrichtung weist eine vorgegebene Durchlaufrichtung für den sequentiellen Transport einer Mehrzahl von Messobjekten durch die Vorrichtung hindurch auf. Die Spuleneinrichtung weist ei- nen durchgehenden inneren Hohlraum auf, der einen durchgehenden Probenraum definiert und durch den die Messobjekte hin¬ tereinander entlang der Durchlaufrichtung durch die Vorrichtung hindurch transportiert werden können. These objects are achieved by the apparatus described in claim 1, the use described in claim 11 and the method described in claim 12. The inventions dung contemporary apparatus for measuring Magnetresonanzsigna ¬ len has a coil means for generating a magnetic field. This coil device comprises at least one magnetic coil with a superconducting coil winding. The coil device furthermore has a cooling device for dry cooling of the superconducting coil winding. The device has a predetermined passage direction for the sequential transport of a plurality of measurement objects through the device. The coil device has a NEN continuous internal cavity, which defines a continuous sample space and through which the measurement objects can be transported through ¬ ¬ one behind the other in the direction of passage through the device.
Mit anderen Worten ist die Vorrichtung so ausgestaltet, dass sie sich für den kontinuierlichen oder quasi-kontinuierlichen Durchlauf von hintereinander folgenden Messobjekten eignet. Der innenliegende Probenraum ist also nicht nur einseitig, sondern beidseitig zugänglich, und die Messobjekte können se¬ quentiell durch ihn hindurch transportiert werden, wobei die Messobjekte auch relativ dicht aufeinander folgen können, da sie nicht auf derselben Seite aus dem Probenraum entnommen werden, auf der sie in den Probenraum eingeführt wurden, son- dern auf der gegenüberliegenden Seite. Bei den Messobjekten kann es sich im Kontext der vorliegenden Erfindung allgemein um Personen und/oder um Transportgüter handeln, also beispielsweise um Taschen, Säcke, Koffer oder Kisten. Der Probenraum ist also für den sequentiellen Durchlauf einer Viel- zahl derartiger Messobjekte dimensioniert. Hierdurch wird er¬ möglicht, dass die Vorrichtung für ein Screening von Objekten zum Zweck der Sicherheitskontrolle verwendet werden kann, beispielsweise im Bereich von Flughäfen, anderen zu schützenden Gebäuden oder bei Veranstaltungen. Mit Hilfe der erfin- dungsgemäßen Vorrichtung können die zu untersuchenden Messobjekte routinemäßig auf das Vorhandensein von vordefinierten Arten von Gefahrstoffen, beispielsweise von Sprengstoffen oder Drogen, untersucht werden. Die trockene Kühlung der supraleitenden Spulenwicklung hat den Vorteil, dass die Vorrichtung zur Magnetresonanzmessung wesentlich einfacher zu handhaben und in Betrieb zu nehmen ist, als dies bei einer mit flüssigem Helium gekühlten Spulenwicklung der Fall wäre. Insbesondere kann die Vorrichtung so auch wesentlich mobiler, also leichter transportabel ausgeführt werden, was für Anwendungen in Sicherheitskontrollen wichtig sein kann. Im Gegensatz zu einer Messvorrichtung, die mit flüssigem Helium gefüllt und über Jahre ortsfest instal- liert ist, kann eine trocken gekühlte Vorrichtung auch für kurze Zeiten (z.B. einige Stunden oder Tage) an einem Zielort installiert werden, ohne dass der apparative Aufwand für die Inbetriebnahme den wirtschaftlichen Nutzen der Vorrichtung übersteigt. Für eine trockene Kühlung wird insbesondere kein Vorrat zum Nachfüllen von flüssigem Kühlmittel benötigt, da eine solche Kühlvorrichtung allein durch Zufuhr elektrischer Energie betrieben werden kann. Dabei soll im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung unter einer solchen „trockenen Kühlung" allgemein eine Kühlung verstanden werden, bei der die supraleitende Spulenwicklung nicht direkt von flüssigem Kühlmittel umspült wird und nicht in einem Bad-Kryostaten mit offenem Kühlmittelreservoir angeordnet ist. Vielmehr erfolgt die Kühlung über eine thermische Ankopplung an ein festes, tiefkaltes Element, beispielsweise den Kaltkopf einer Kälte¬ maschine. Diese Kältemaschine kann bei ihrem Betrieb wiederum selbst ein flüssiges Kühlmittel verwenden, welches aber dann nicht in einem offenen Reservoir, sondern in einem fluidisch abgeschlossenen Kühlmittelkreislauf vorliegt. Die thermische Ankopplung der Spulenwicklung an das feste, tiefkalte Element kann beispielsweise allein über eine hohe Wärmeleitung erfol¬ gen. Alternativ oder zusätzlich kann diese thermische Ankopplung auch über eine Thermosiphonkühlung oder eine Wärmepumpe erfolgen, wobei wiederum ein Kühlmittel in einem geschlosse- nen Kreislauf zum Einsatz kommen kann. Auch bei dieser Variante ist der wesentliche Unterschied zur Kühlung in einem Badkryostaten, dass das Kühlmittel nur in einem fluidisch abgeschlossenen Kreislauf innerhalb der Vorrichtung vorliegt und nicht einem nach außen offenen Reservoir. In other words, the device is designed such that it is suitable for the continuous or quasi-continuous passage of successive measurement objects. The interior sample space is therefore accessible not only on one side but on both sides, and the measurement objects can be transported through it se ¬ quentiell, the measured objects can also follow relatively close to each other, since they are not taken on the same side of the sample space on the they were introduced into the rehearsal room, but on the opposite side. In the context of the present invention, the measured objects may generally be persons and / or transport goods, for example bags, sacks, suitcases or boxes. The sample space is thus dimensioned for the sequential passage of a large number of such measurement objects. In this way, it is ¬ enables that the device for screening of objects can be used for the purpose of security, for example in the range of airports, buildings or other protected at events. With the aid of the device according to the invention, the test objects to be examined can routinely be examined for the presence of predefined types of hazardous substances, for example of explosives or drugs. The dry cooling of the superconducting coil winding has the advantage that the device for magnetic resonance measurement is much easier to handle and to put into operation, as would be the case with a liquid helium cooled coil winding. In particular, the device can also be much more mobile, so easier to carry out portable, which may be important for applications in security controls. In contrast to a measuring device filled with liquid helium and installed stationary for years Liert, a dry cooled device can also be installed for a short time (eg a few hours or days) at a destination without the equipment cost for commissioning exceeds the economic benefits of the device. In particular, no supply is required for replenishing liquid coolant for dry cooling, since such a cooling device can be operated solely by supplying electrical energy. In the context of the present invention, such a "dry cooling" should generally be understood to mean a cooling in which the superconducting coil winding is not directly surrounded by liquid coolant and is not arranged in a bath cryostat with an open coolant reservoir via a thermal coupling to a solid, low-temperature member such as the cold head of a refrigeration ¬ machine. This refrigerator can in its operation again using a liquid coolant itself, but which then is present not in an open reservoir, but in a fluidically closed coolant circuit. the thermal coupling of the coil winding to the solid, cryogenic element may for example only a high heat conduction ¬ SUC gene. Alternatively, or additionally, these thermal coupling can also be effected via a thermosiphon or a heat pump, again with a cooling medium in a closed cycle can be used. In this variant too, the essential difference from cooling in a bath cryostat is that the coolant is present only in a fluidically closed circuit within the device and not an outwardly open reservoir.
Ein wesentlicher Vorteil der trockenen Kühlen in den verschiedenen denkbaren Ausgestaltungen ist also, dass ein A major advantage of dry cooling in the various conceivable embodiments is that a
Transport möglich ist, ohne einen Helium-Badkryostaten entleeren und/oder befüllen zu müssen. Ein anderer Vorteil liegt darin, dass bei einem Zusammenbruch der Supraleitung (beispielsweise bei einem plötzlichen Quench) kein Verdampfen des flüssigen Kühlmittels in die äußere Umgebung erfolgt. Ein solcher Quench führt bei herkömmlichen Magnetresonanz-Spulen zu einer Verdampfung einer sehr großen Menge an Helium. Er birgt ein hohes Gefährdungspotential, da bei diesem schlagar¬ tigen Verdampfen ein hoher Überdruck im Kryostaten entsteht, der im Extremfall sogar den Kryostaten sprengen kann. Somit eigenen sich solche Vorrichtungen nicht für den Einsatz anTransport is possible without emptying and / or filling a helium bath cryostat. Another advantage is that, in the event of breakdown of the superconductivity (for example, in the case of a sudden quench), no evaporation of the liquid coolant into the external environment takes place. Such a quench results in conventional magnetic resonance coils to evaporate a very large amount of helium. It has a high hazard potential, since in this schlagar ¬ vigen evaporation a high pressure in the cryostat arises, which can even blow up the cryostat in extreme cases. Thus, such devices are not suitable for use
Orten mit großen Mengen an Menschen, wie dies aber bei vielen für Sicherheitskontrollen relevanten Orten aber gerade der Fall ist. Dieser Nachteil wird durch die beschriebene trocke¬ ne Kühlung vermieden, und die erfindungsgemäße Vorrichtung eignet sich daher für den Einsatz in Sicherheitskontrollen. Places with large amounts of people, as is the case with many locations relevant to security controls. This disadvantage is avoided by the described trocke ¬ ne cooling, and the device of the invention is therefore suitable for use in security controls.
Bei der erfindungsgemäßen Verwendung wird die oben beschriebene Vorrichtung zur Sicherheitskontrolle verwendet, wobei die Messobjekte eine Mehrzahl von Personen und/oder Trans- portgütern sind, die im Hinblick auf das Vorhandensein von vordefinierten Arten von Gefahrstoffen untersucht werden. In the use according to the invention, the security control device described above is used, the measured objects being a plurality of persons and / or transport goods, which are examined with regard to the presence of predefined types of hazardous substances.
Das erfindungsgemäße Verfahren dient zur Sicherheitskontrolle mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. Bei diesem Verfahren wird eine Mehrzahl von Messobjekten in Form von Personen und/oder Transportgütern hintereinander durch den Probenraum der Vorrichtung transportiert oder läuft durch diesen hindurch. An den jeweiligen Messobjekten werden mittels der Vorrichtung Magnetresonanzsignale gemessen, wobei aus der Art der gemessenen Magnetresonanzsignale auf das Vorliegen oder Nicht-Vorliegen von vordefinierten Arten von Gefahrstoffen geschlossen wird. Die Vorteile der erfindungsgemäßen Verwendung und des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich dabei analog zu den beschriebenen Vorteilen der erfindungsgemäßen Vorrichtung. The inventive method is used for security control with a device according to the invention. In this method, a plurality of measurement objects in the form of persons and / or goods to be transported in succession through the sample space of the device or passes therethrough. Magnetic resonance signals are measured at the respective measurement objects by means of the device, the type of measured magnetic resonance signals being based on the presence or absence of predefined types of hazardous substances. The advantages of the use according to the invention and of the method according to the invention result analogously to the described advantages of the device according to the invention.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den von den Ansprüchen 1 und 12 abhängigen Ansprüchen sowie der folgenden Beschreibung hervor. Dabei kön- nen die beschriebenen Ausgestaltungen der Vorrichtung, derAdvantageous embodiments and modifications of the invention will become apparent from the dependent claims 1 and 12 claims and the following description. In this case, the described embodiments of the device, the
Verwendung und des Verfahrens vorteilhaft miteinander kombi¬ niert werden. Die Spuleneinrichtung kann vorteilhaft dazu ausgelegt sein, ein Magnetfeld Bo zu erzeugen, welches entlang der Durchlauf¬ richtung ein Feldprofil aufweist, das im Inneren des Hohl¬ raums durch einen Homogenitätsbereich mit im Wesentlichen ho- mogenem Feldverlauf gekennzeichnet ist und das in den demUse of the method and are advantageous together combinatorial ¬ defined. The coil device may advantageously be designed to generate a magnetic field Bo, which along the passage ¬ direction has a field profile, which is characterized in the interior of the hollow ¬ space by a homogeneity region with substantially homogeneous field course and in the the
Homogenitätsbereich benachbarten Randbereichen jeweils durch einen nach außen abfallenden und konkav gekrümmten Feldverlauf mit nach außen hin betragsmäßig kleiner werdendem Feldgradienten gekennzeichnet ist. Mit anderen Worten liegt im Inneren des Hohlraums ein Bereich mit im Wesentlichen homogenem Magnetfeld Bo vor, der sich über einen Teil des Hohlraums, beispielsweise einen Großteil des Hohlraums, oder auch im Wesentlichen den ganzen Hohlraum erstrecken kann. In einem Bereich neben diesem Homogenitätsbereich fällt die magneti- sehe Feldstärke zunächst relativ stark ab und nimmt mit grö¬ ßer werdenden Abständen stetig immer weiter ab, wobei die Steigung dieses Abfalls nach außen hin immer weiter abfällt - das Feldprofil flacht also nach außen hin allmählich ab. So¬ mit ergibt sich in etwa die Form eines Trapezes mit konkav gekrümmten Seiten. Homogeneity area adjacent edge areas is characterized in each case by a sloping outwards and concavely curved field profile with outwardly smaller in absolute terms field gradient. In other words, inside the cavity there is a region of substantially homogeneous magnetic field Bo, which may extend over part of the cavity, for example a major part of the cavity, or substantially the entire cavity. In an area adjacent to this homogeneity range the magnetic falls see field strength initially from relatively strong and takes RESIZE ¬ SSER becoming intervals steadily becoming further, the slope of this waste always drops further to the outside - that the field profile flattens out gradually towards the outside , Thus ¬ with results in approximately the shape of a trapezium with concave curved sides.
Der Vorteil einer solchen Form ist, dass bei einem Transport oder einem Vorlaufen der Messobjekte entlang der Durchlaufrichtung die magnetische Feldstärke allmählich zunimmt, bis sie den maximalen Wert Bo für die Durchführung der Messung im Probenraum erreicht. Bei einem weiteren Durchlauf entlang der Durchlaufrichtung nimmt die magnetische Feldstärke dann all¬ mählich wieder ab. Durch diesen allmählichen Anstieg und Abfall wird ein Ein- und Ausführen von Messobjekten ungekannter Zusammensetzung ermöglicht, die auch magnetische und/oder elektrisch leitfähige Materialkomponenten aufweisen können. The advantage of such a shape is that during a transport or a pre-run of the measurement objects along the passage direction, the magnetic field strength gradually increases until it reaches the maximum value Bo for performing the measurement in the sample space. In a further passage along the passing direction, the magnetic field strength decreases then all ¬ gradually again. This gradual increase and decrease makes it possible to introduce and remove measurement objects of unknown composition, which can also have magnetic and / or electrically conductive material components.
Besonders vorteilhaft kann das beschriebene Feldprofil des Magnetfeldes Bo in den Randbereichen, die in Durchlaufrich- tung neben dem Homogenitätsbereich liegen, einen Feldgradienten von nicht mehr als 9 T/m aufweisen. Besonders vorteilhaft kann dieser Feldgradient unterhalb von 3 T/m oder sogar unterhalb von 0,9 T/m liegen. Hierdurch wird erreicht, dass die magnetischen Anziehungskräfte auf ferromagnetische Materialen und die Abbremsung von Objekten mit elektrisch leitfähigen Komponenten vorteilhaft begrenzt werden. Beispielsweise wirkt am Ort des maximalen Feldgradienten von 9 T/m bei einer mag- netischen Flussdichte von 1.4 T auf ein ferromagnetisches Ob¬ jekt mit einem Volumen von 1 cm3 eine magnetische Kraft von maximal 10 N. Bei entsprechend kleineren Werten für die maxi¬ malen Feldgradienten (sowie bei entsprechend kleineren Volumina und/oder magnetischen Flussdichten) sind die wirkenden Kräfte vorteilhaft auf noch kleinere Werte begrenzt. Particularly advantageously, the described field profile of the magnetic field Bo can have a field gradient of not more than 9 T / m in the edge regions which lie next to the homogeneity region in the direction of passage. Particularly advantageously, this field gradient can be below 3 T / m or even below 0.9 T / m. This ensures that the Magnetic attractions on ferromagnetic materials and the deceleration of objects with electrically conductive components are advantageously limited. For example, the maximum field gradient of 9 T / m at a mag- netic flux density of 1.4 T acts locally on a ferromagnetic Whether ¬ ject with a volume of 1 cm 3, a magnetic force of a maximum of 10 N. With a correspondingly smaller values for the maxi ¬ If field gradients (as well as correspondingly smaller volumes and / or magnetic flux densities) are used, the acting forces are advantageously limited to even smaller values.
Zusätzlich oder alternativ kann das Profil des Magnetfeldes Bo so ausgebildet sein, dass der Ort, an dem die magnetische Feldstärke ausgehend von ihrem maximalen Wert auf einen Additionally or alternatively, the profile of the magnetic field Bo may be formed so that the location at which the magnetic field strength, starting from its maximum value to a
Bruchteil 1/e abgefallen ist, wenigstens 50 cm - besonders vorteilhaft wenigstens 2 m oder sogar wenigstens 5 m - vom Rand des Homogenitätsbereichs entfernt liegt. Auch hierdurch werden die magnetischen Anziehungskräfte sowie die Wirbel¬ ströme in leitfähigen Objekten vorteilhaft begrenzt. Fraction 1 / e has dropped, at least 50 cm - more preferably at least 2 m or even at least 5 m - is located away from the edge of the homogeneity range. As a result, the magnetic attraction forces and the vortex ¬ currents are advantageously limited in conductive objects.
Der innere Hohlraum der Vorrichtung, der den Probenraum bildet, kann vorteilhaft in Durchlaufrichtung wenigstens 0,5 m lang sein, um Personen oder Transportgüter als Messobjekte aufnehmen zu können. Besonders vorteilhaft kann er dazu eine Länge zwischen 0,5 m und 3 m, insbesondere zwischen 0,5 und 1,5 m aufweisen. The inner cavity of the device forming the sample space can advantageously be at least 0.5 m long in the direction of passage in order to be able to pick up persons or goods to be transported as measuring objects. For this purpose, it can particularly advantageously have a length between 0.5 m and 3 m, in particular between 0.5 and 1.5 m.
Der Probenraum kann beispielsweise einen rechteckigen Querschnitt oder einen kreisförmigen Querschnitt aufweisen. Unab- hängig von seiner genauen Form kann er eine Breite und/oder Höhe von wenigstens 0,5 m, insbesondere zwischen 0,6 m und 2,5 m aufweisen, um Personen und/oder Transportgüter als Messobjekte aufnehmen zu können. Allgemein kann der Probenraum zentral innerhalb der Spuleneinrichtung angeordnet sein. Dies ist insbesondere bei sym¬ metrischen, vor allem kreissymmetrischen Spulenanordnungen zur Erzeugung besonders homogener Magnetfelder vorteilhaft. Die Vorrichtung kann vorteilhaft wenigstens eine Hochfre¬ quenz-Spule zum Senden und/oder Empfangen von Hochfrequenzsignalen umfassen. Es kann sich dabei um eine gemeinsame Spu- le zum Senden und Empfangen oder aber auch um getrennte Sende- und Empfangsspulen handeln. Die Vorrichtung kann zur Aufnahme von Magnetresonanz-Spektren ausgestaltet sein. Insbesondere kann sie hierzu eine Signalverarbeitungseinheit auf¬ weisen, die zur Fourier-Analyse der Frequenzanteile eines mittels der Hochfrequenz-Spule (bei getrennten Spulen: derThe sample space may, for example, have a rectangular cross section or a circular cross section. Regardless of its exact shape, it can have a width and / or height of at least 0.5 m, in particular between 0.6 m and 2.5 m, in order to be able to pick up persons and / or transport goods as measuring objects. In general, the sample space can be arranged centrally within the coil device. This is particularly advantageous when sym ¬ metric, especially circularly symmetric coil assemblies for generating magnetic fields particularly homogeneous. The apparatus may advantageously comprise at least one acid sequence Hochfre coil for transmitting and / or receiving radio frequency signals. This can be a common coil for sending and receiving or else separate transmit and receive coils. The device can be designed to record magnetic resonance spectra. In particular, they can have for this purpose a signal processing unit on ¬, the Fourier analysis of the frequency components of a (at separate coils by means of the RF coil: the
Empfangsspule) gemessenen freien Induktionszerfalls geeignet ist. Durch eine solche Signalverarbeitungseinheit können für die einzelnen Messobjekte Magnetresonanz-Spektren ermittelt werden, bei denen die Magnetresonanzsignale als Funktion der einzelnen Resonanzfrequenzen vorliegen, die sich für die verschiedenen chemischen Umgebungen der einzelnen gemessenen Kerne leicht unterscheiden. Diese Unterschiede werden auch als chemische Verschiebungen bezeichnet. Vorteilhaft können dann die erhaltenen Spektren, beispielsweise mit einer dazu ausgestalteten Analyseeinheit, mit Spektren bekannter Materialien verglichen werden. Aus dem Vergleich der Spektren kann dann auf das Vorliegen oder Nicht-Vorliegen von vordefinierten Arten von Gefahrstoffen geschlossen werden, beispielsweise auf bestimmte Klassen von Sprengstoffen oder Drogen. Mit dieser Ausführungsform der Vorrichtung wird also ein Screening der Messobjekte auf bestimmte vorzudefinierende chemi¬ sche Zusammensetzungen hin möglich, wobei die Messobjekte im kontinuierlichen (oder quasi-kontinuierlichen) Durchlauf gemessen werden können. So kann vorteilhaft auf sehr schnelle Weise das Vorliegen dieser vordefinierten Stoffe ermittelt werden. Durch den kontinuierlichen oder quasi-kontinuierlichen Durchlauf wird dabei ein 100%-Test der zu untersuchen¬ den Objekte ermöglicht, im Gegensatz zur stichprobenartigen Untersuchung einzelner ausgewählter Proben oder nur des Ab- riebs von den zu untersuchenden Objekten. Receiving coil) measured free induction decay is suitable. By means of such a signal processing unit, magnetic resonance spectra can be determined for the individual measurement objects in which the magnetic resonance signals are present as a function of the individual resonance frequencies, which differ slightly for the different chemical environments of the individual measured cores. These differences are also referred to as chemical shifts. Advantageously, the spectra obtained can then be compared, for example with an analysis unit designed for this purpose, with spectra of known materials. From the comparison of the spectra can then be concluded that the presence or absence of predefined types of hazardous substances, such as certain classes of explosives or drugs. Thus, with this embodiment of the apparatus, a screening of the measuring objects on certain vorzudefinierende ¬ chemi cal compositions towards possible, whereby the measurement objects in a continuous (or quasi-continuous) flow can be measured. Thus, advantageously, the presence of these predefined substances can be determined very quickly. It is a 100% test allows to investigate ¬ the objects by the continuous or quasi-continuous flow, as opposed to random investigation of individual selected samples or only the ex actuating drive of the objects to be examined.
Die Vorrichtung kann besonders vorteilhaft zur Durchführung von Doppelresonanz-Messungen ausgelegt sein. Hierbei wird Spin-Polarisation von einem Kern-Typ auf einen anderen Kern- Typ übertragen. Mit einem solchen Verfahren ist für manche Gefahrstoffe eine Detektion mit einem besonders guten Signal- zu-Rausch-Verhältnis möglich, zum Beispiel für Trinitroto- luol, wenn die Übertragung der Spin-Polarisation von Wasserstoff auf Stickstoff gemessen wird. The device can be designed particularly advantageously for carrying out double resonance measurements. This is Transfer spin polarization from one core type to another core type. With such a method, for some hazardous substances, detection with a particularly good signal-to-noise ratio is possible, for example for trinitrotoluene, when the transmission of the spin polarization from hydrogen to nitrogen is measured.
Alternativ oder zusätzlich zur Möglichkeit der der spektralen Analyse der Magnetresonanzsignale kann die Vorrichtung zur Messung von Spin-Spin-Relaxationszeiten eingerichtet sein.Alternatively or in addition to the possibility of the spectral analysis of the magnetic resonance signals, the device for measuring spin-spin relaxation times can be set up.
Beispielsweise kann sie eine Sendevorrichtung aufweisen, mittels derer eine Mehrzahl von hochfrequenten Anregungsspulen in Form von Spin-Echo-Sequenzen ausgesendet werden kann. Sie kann weiterhin eine Verarbeitungseinheit aufweisen, mit der aus den über eine Empfangsspule gemessenen hochfrequentenFor example, it may have a transmitting device, by means of which a plurality of high-frequency excitation coils in the form of spin-echo sequences can be emitted. It may further comprise a processing unit with which from the measured via a receiving coil high-frequency
Pulsantworten eine Relaxationszeit bestimmt werden kann. Bei dieser Ausführungsform kann vorteilhaft das Vorliegen bestimmter Substanzen ermittelt werden, ohne dass ein ganzes Magnetresonanzspektrum aufgenommen werden muss. Beispielswei- se kann das Vorliegen von Wasserstoffperoxid detektiert wer¬ den, indem für Protonen mit einer chemischen Verschiebung (also einer Resonanzfrequenz) ähnlich der von Wasser der Ein- fluss der Echozeit in einer Spin-Echo-Sequenz auf die gemessene Relaxationszeit ermittelt wird. Beispielsweise kann über die Ermittlung des Verhältnisses von zwei mit verschiedenenPulse responses a relaxation time can be determined. In this embodiment, the presence of particular substances can advantageously be determined without having to record a whole magnetic resonance spectrum. Beispielswei- se, the presence of hydrogen peroxide detected ¬ the by proton with a chemical shift (that is, a resonance frequency) is similar to that of water, the input of the echo time flow in a spin-echo sequence on the measured relaxation time is determined. For example, about determining the ratio of two to different
Echozeiten gemessenen Relaxationszeiten mit einer sehr kurzen Messzeit auf das Vorliegen von Wasserstoffperoxid geschlossen werden. Wasserstoffperoxid ist aber wiederum ein wesentlicher Inhaltsstoff in manchen Sprengstoffen. Echo times measured relaxation times are concluded with a very short measurement time on the presence of hydrogen peroxide. Hydrogen peroxide, however, is a key ingredient in some explosives.
Alternativ oder zusätzlich zur Möglichkeit der spektralen Analyse der Magnetresonanzsignale kann die Vorrichtung wei¬ terhin eine Gradientenspule zur Erzeugung eines ortsabhängigen Magnetfelds innerhalb des Probenraums umfassen, so dass mittels der Vorrichtung eine ortsaufgelöste Messung magneti¬ scher Resonanzen möglich ist. Mit anderen Worten kann die Vorrichtung zur Magnetresonanz-Bildgebung ausgelegt sein, so dass eine Abbildung der zu untersuchenden Messobjekte ermög- licht wird. Eine solche Abbildung kann in Form zweidimensio¬ naler Schnittbilder oder Projektionen sowie auch in Form eines dreidimensionalen tomographischen Bilddatensatzes vorliegen. Durch eine solche Möglichkeit der Bildgebung wird (al- ternativ oder zusätzlich zur spektralen Untersuchung auf bestimmte aufzufindende Stoffklassen) eine Suche nach auffälli¬ gen Formen in den Messobjekten ermöglicht, beispielsweise ei¬ ne Suche nach Waffen bei der Anwendung der Vorrichtung im Bereich der Sicherheitskontrollen. Durch eine solche Vorrich- tung können die heute üblichen Röntgengeräte ersetzt werden, wobei dann besonders vorteilhaft mit demselben Gerät eine Bildgebung und eine spektroskopische Untersuchung möglich ist. Gegebenenfalls können auch in den Abbildungen besonders auffällige Bereiche gekennzeichnet und nur diese dann spekt- roskopisch näher auf ihre Zusammensetzung hin untersucht werden . Alternatively, or in addition to the possibility of spectral analysis of the magnetic resonance signals, the device knows ¬ terhin may include a gradient coil for generating a location-dependent magnetic field within the sample space, so that by means of the device a spatially resolved measurement magneti ¬ shear resonance is possible. In other words, the device can be designed for magnetic resonance imaging, so that an image of the test objects to be examined is possible. becomes light. Such a mapping may be in the form zweidimensio ¬ tional sectional images or projections as well as in the form of a three-dimensional tomographic image data set. Through such a possibility of imaging (alternatively or in addition to spectral analysis to certain aufzufindende classes) is a search for auffälli ¬ gen forms allows to measuring objects, such as ei ¬ ne search for weapons in the application of the device in the area of security controls. Such a device can be used to replace the x-ray devices customary today, in which case imaging and spectroscopic examination are possible particularly advantageously with the same device. If necessary, particularly conspicuous areas can also be identified in the illustrations, and only then can these be examined in more detail spectroscopically for their composition.
Die Spuleneinrichtung kann so ausgelegt sein, dass mit ihr ein Magnetfeld Bo erzeugt werden kann, welches im Wesentli- chen senkrecht zur Durchlaufrichtung verläuft. Mit anderenThe coil device can be designed so that it can be used to generate a magnetic field Bo, which runs essentially perpendicular to the direction of passage. With others
Worten kann innerhalb des Probenraums eine Hauptrichtung des Magnetfeldes Bo senkrecht zur Durchlaufrichtung verlaufen. Beispielsweise kann die Durchlaufrichtung allgemein im Wesentlichen parallel zur Erdoberfläche, also horizontal, ver- laufen. Die Hauptrichtung des Magnetfeldes BO kann dann also beispielsweise entweder vertikal im Raum liegen oder sie kann ebenfalls horizontal, aber senkrecht zur Durchlaufrichtung liegen. Sie kann jedoch auch andere, schräg liegende Orientierungen senkrecht zur Durchlaufrichtung einnehmen. Unabhän- gig von der genauen Wahl dieser Hauptrichtung von Bo liegt ein Vorteil einer senkrechten Ausrichtung zur Durchlaufrichtung darin, dass die Messobjekte durch ferromagnetische Mate¬ rialkomponenten nicht entlang der Durchlaufrichtung (sondern nur senkrecht dazu) beschleunigt werden. Vorteilhaft ist da- bei das Magnetfeld nach unten ausgerichtet. Eventuelle ferro¬ magnetische Bestandteile ziehen dann das Messobjekt in die Richtung, in der es aufgrund der Schwerkraft ohnehin bereits aufliegt. Somit werden Bewegungen des Messobjekts vermieden. In den anderen Raumrichtungen senkrecht zur Durchlaufrichtung können die Messobjekte jedoch leichter gegen solche magne¬ tisch verursachten Bewegungen fixiert werden, da sie ja in diesen Raumrichtungen zum Durchlauf nicht beweglich sein müssen . Words can run within the sample space, a main direction of the magnetic field Bo perpendicular to the direction of passage. For example, the passage direction can generally run substantially parallel to the earth's surface, ie horizontally. The main direction of the magnetic field BO can then be, for example, either vertically in space or it can also be horizontal, but perpendicular to the direction of passage. However, it can also assume other oblique orientations perpendicular to the direction of passage. Regardless of the exact choice of this main direction of Bo is an advantage of a vertical orientation to the passage direction is that the measuring objects are not accelerated by ferromagnetic Mate ¬ rialkomponenten along the direction of passage (but only perpendicular thereto). In this case, the magnetic field is advantageously oriented downwards. Any ferro ¬ magnetic components then pull the measurement object in the direction in which it already rests due to gravity anyway. Thus, movements of the DUT are avoided. In the other directions perpendicular to the direction of the measurement objects, however, can be more easily fixed against such magnetic ¬ table caused movements, since they in these directions in space to run does not have to be mobile.
Alternativ kann die Spuleneinrichtung jedoch auch so ausgelegt sein, dass mit ihr ein Magnetfeld B o erzeugt werden kann, welches im Wesentlichen parallel zur Durchlaufrichtung verläuft. Ein solches paralleles Magnetfeld kann beispiels¬ weise mit einer kreiszylindrischen Magnetspule erzeugt werden, welche in ihrem Inneren einen kreiszylindrischen Hohlraum als Probenraum aufweist. Mit einer solchen kreissymmet¬ rischen Anordnung kann auf besonders einfache Weise ein be¬ sonders homogenes Magnetfeld im Inneren des Probenraums er¬ zeugt werden. Alternatively, however, the coil device can also be designed so that it can be used to generate a magnetic field B o which runs essentially parallel to the passage direction. Such parallel magnetic field can be generated with the example of a circular cylindrical magnet coil, which has a circular cylindrical cavity as a sample space in its interior ¬ example. With such an arrangement, a step kreissymmet ¬ be ¬ Sonders homogeneous magnetic field in the interior of the sample chamber can he be generated ¬ a particularly simple manner.
Unabhängig davon, ob das Magnetfeld B o senkrecht oder paral¬ lel zur Durchlaufrichtung liegt oder auch andere, schräge Lagen relativ zur Durchlaufrichtung annimmt, kann die Spuleneinrichtung entweder nur eine oder auch mehrere Magnetspulen aufweisen. Diese Mehrzahl an Magnetspulen kann symmetrisch um den Probenraum angeordnet sein, oder sie können auch eine asymmetrische Anordnung einnehmen, die ein annähernd homoge¬ nes Magnetfeld B o im Inneren des Probenraums erzeugt. Wesent¬ lich ist, dass zumindest über einen Teil der Länge (in Durch¬ laufrichtung) des Probenraums ein Homogenitätsbereich vorliegt, in dem die magnetische Feldstärke im Wesentlichen kon¬ stant ist. Insbesondere bei einem Magnetfeld B o , welches pa¬ rallel zur Durchlaufrichtung liegt, kann die Spulenrichtung eine Mehrzahl von kreiszylindrischen supraleitenden Spulen aufweisen, welche in axialer Richtung gestapelt sind, um im Inneren des entstehenden Hohlzylinders ein homogenes Magnet¬ feld zu erzeugen. Die Abmessungen des Homogenitätsbereichs (sowohl entlang der Durchlaufrichtung als auch in den Raumrichtungen senkrecht dazu) sollten dabei allgemein wenigstens den zu erwartenden Abmessungen der zu vermessenden Objekte entsprechen . Die Vorrichtung kann allgemein vorteilhaft eine Fördervorrichtung aufweisen, mit dem die Messobjekte hintereinander in einem kontinuierlichen oder quasi-kontinuierlichen Prozess durch den Hohlraum der Magnetspule hindurch transportiert werden können. Eine solche Fördervorrichtung kann eine automatische Fördervorrichtung sein und beispielsweise ein Förderband, einen Rollenförderer, einen Kettenförderer oder ein ähnlich wirkendes Fördermittel umfassen. Zusätzlich kann die Fördervorrichtung auch Aufnahmemittel zur Aufnahme der Mess¬ objekte umfassen, beispielsweise Behältnisse wie Teller, Kis¬ ten oder Körbe, in denen die Messobjekte einzeln oder auch in Gruppen angeordnet werden können. Den verschiedenen Formen einer solchen Fördervorrichtung ist gemeinsam, dass mit ihr die einzelnen Messobjekte hintereinander in Durchlaufrichtung gleichzeitig bewegt werden können. Während also das jeweils zu vermessende Objekt durch den Probenraum hindurch transportiert wird, wird das vorangegangene Objekt bereits in Durch¬ laufrichtung weitertransportiert und das nachfolgende Messob- jekt rückt schon in Richtung des Probenraums nach. Unter ei¬ nem kontinuierlichen Prozess soll im Zusammenhang der vorliegenden Erfindung allgemein ein Durchlauf verstanden werden, bei dem mehrere der sequenziell zu vermessenden Objekte im Bereich der Vorrichtung gleichzeitig kontinuierlich bewegt werden. Im Unterschied hierzu soll unter einem quasi-kontinu¬ ierlichen Prozess ein ähnlicher Durchlauf-Prozess verstanden werden, bei dem aber der Vorlauf für die Dauer einer jeweiligen Messung kurz - beispielsweise für einige Sekunden - angehalten wird. Dieses kurze Anhalten kann entweder nur das je- weils zu vermessende Objekt betreffen, während die anderenRegardless of whether the magnetic field B o is perpendicular or paral ¬ lel to the direction of passage or other, oblique positions relative to the direction of passage assumes the coil device may have either only one or more magnetic coils. This plurality of magnetic coils can be arranged symmetrically around the sample space, or they can also assume an asymmetrical arrangement which generates an approximately homo ¬ nes magnetic field B o in the interior of the sample chamber. Is Wesent ¬ Lich that (in ¬ By running direction) a homogeneity range is present at least over a part of the length of the sample space in which the magnetic field strength is substantially kon ¬ constant. Particularly in a magnetic field B o, which is pa ¬ rallel to the passage direction, the coil means may comprise a plurality of circular cylindrical superconducting coils, which are stacked in the axial direction to generate a homogeneous magnetic ¬ field inside the resulting hollow cylinder. The dimensions of the homogeneity region (both along the passage direction and in the spatial directions perpendicular thereto) should generally correspond at least to the expected dimensions of the objects to be measured. The device can generally advantageously have a conveying device with which the measuring objects can be transported through the cavity of the magnetic coil in succession in a continuous or quasi-continuous process. Such a conveying device may be an automatic conveying device and comprise, for example, a conveyor belt, a roller conveyor, a chain conveyor or a similarly acting conveying means. In addition, the conveying device may also comprise receiving means for receiving the measurement ¬ objects, such as containers such as plates, Kis ¬ th or baskets, can also be arranged in groups in which the individual measurement objects or. The various forms of such a conveying device have in common that with it the individual measuring objects can be moved one after the other in the direction of passage at the same time. Thus, while the respective object to be measured is transported through the sample chamber, the foregoing object is transported further through already in ¬ running direction and the subsequent Messob- ject already engaged in the direction of the sample chamber after. Under ei ¬ nem continuous process a run is to be understood in the context of the present invention generally, in which a plurality of sequential objects to be measured are simultaneously moved continuously in the region of the device. In contrast, a similar run process is understood to be a quasi-continu ¬ ous process in which the lead but for the duration of each measurement briefly - for example, for a few seconds - is stopped. This brief pause can either concern only the object to be measured, while the others
Objekte davor und dahinter weiterlaufen. Oder aber, insbesondere wenn die Messobjekte auf oder in dem Fördermittel sehr dicht aufeinander folgen, kann der Vorlauf auch für alle im Bereich der Vorrichtung befindlichen Objekte gleichzeitig für die Dauer der Messung an dem jeweils gerade zu vermessendenObjects in front and behind continue to run. Or, in particular, if the measurement objects follow one another very closely on or in the conveying means, the forward flow can also be measured simultaneously for all objects located in the area of the device for the duration of the measurement
Objekt angehalten werden. Wesentlich für den kontinuierlichen oder quasi-kontinuierlichen Vorschub ist, dass alle im Be- reich der Vorrichtung befindlichen Messobjekte gleichzeitig nachrücken . Object to be stopped. Essential for the continuous or quasi-continuous feed is that all at the same time move up the measurement objects in the device.
Alternativ zu den beschriebenen automatischen Fördervorrich- tungen kann die Vorrichtung auch zur selbsttätigen Bewegung der Messobjekte durch den Probenraum hindurch ausgelegt sein. Beispielsweise können die Messobjekte Personen sein, die in einer kontinuierlichen oder quasi-kontinuierlichen Abfolge in einer Reihe hintereinander durch den Probenraum hindurch lau- fen. Dies ist besonders für die Sicherheitskontrolle an Per¬ sonen, beispielsweise im Flughafenbereich oder bei Veranstaltungen vorteilhaft, um viele Personen innerhalb kurzer Zeit kontrollieren zu können. Unabhängig davon, ob es sich um eine automatische Fördervorrichtung oder um einen selbsttätigen Durchlauf handelt, kann die Vorrichtung wenigstens ein Haltemittel aufweisen, um das jeweils zu vermessende Objekt im Bereich des Probenraums me¬ chanisch zu fixieren. Bei dem Haltemittel kann es sich bei- spielsweise um ein Haltekissen, beispielsweise um ein auf¬ blasbares Haltekissen handeln. Für jedes zu vermessende Ob¬ jekt können dabei ein oder mehrere Haltemittel zum Einsatz kommen, so dass die Objekte gegen Bewegungen in verschiedenen Raumrichtungen fixiert werden können. Besonders wichtig ist hierbei die Fixierung in Richtung der Hauptrichtung des Magnetfeldes Bo, um eine Gefährdung durch möglicherweise (in Ab¬ hängigkeit von der Zusammensetzung des Messobjekts) auftre¬ tende starke Beschleunigungen zu vermeiden. Außerdem kann das jeweils zu vermessende Objekt an der für die Messung vorgese- hene Position entlang der Durchlaufbahn fixiert werden. Vor allem bei unbelebten Messobjekten, bei denen gegebenenfalls auch hohe Anteile an ferromagnetischen Komponenten erwartet werden können, kann mit dem Haltemittel (oder den Haltemitteln) sogar eine relativ starke Fixierung bewirkt werden, um Abweichungen von der vorgegebenen Durchlaufbahn möglichst weitgehend zu begrenzen. Beispielsweise kann die Bewegungs¬ freiheit so auf wenige mm oder wenige cm eingeschränkt wer¬ den . Die Vorrichtung kann dazu eingerichtet sein, Magnetresonanzmessungen an Messobjekten mit einer Messzeit zwischen 1 Sekunde und 1 Minute, insbesondere zwischen 1 Sekunde und 30 Sekunden pro Probe durchzuführen. Dazu kann dann die Fördervorrichtung so eingerichtet sein, dass jedes Messobjekt für wenigstens den genannten Zeitraum innerhalb des Probenraums verbleibt. Dies kann wie beschrieben entweder über einen kontinuierlichen Durchlauf über eine geeignete Geschwindigkeit erreicht werden, mit der sich die nacheinander angeordneten Messobjekte gleichzeitig bewegen. Oder aber das gerade zu vermessende Objekt wird für diesen Zeitraum angehalten, wie vorab für den quasi-kontinuierlichen Prozess beschrieben. Die supraleitende Spulenwicklung der Vorrichtung kann vorteilhaft einen oxidischen Hochtemperatursupraleiter und/oder Magnesiumdiborid als Leitermaterial aufweisen. Derartige Sup¬ raleiter weisen höhere Sprungtemperaturen auf als klassische metallische Tieftemperatursupraleiter und können somit deut- lieh leichter trocken gekühlt werden. Weiterhin können mitAs an alternative to the automatic conveying devices described, the device can also be designed for the automatic movement of the measuring objects through the sample space. By way of example, the measured objects can be persons who run in a continuous or quasi-continuous sequence in a row one behind the other through the sample space. This is particularly advantageous for the security of per ¬ sonen, for example, in airports or at events to control many people within a short time. Regardless of whether it is an automatic conveying device or to an automatic cycle, the apparatus may comprise at least one retaining means to me ¬ mechanically to fix the object to be measured in each case in the region of the sample space. The holding means may be a holding pad, such as a blowable on ¬ holding pads, for example. One or more holding means can be used, so that the objects can be fixed against movements in different spatial directions for each to be measured Whether ¬ ject. Special attention should be fixing in direction of the main direction of the magnetic Bo to avoid the risk of possibly occurring defects ¬ trend (in From ¬ dependence on the composition of the object) strong accelerations. In addition, the object to be measured in each case can be fixed along the passage path at the position intended for the measurement. Above all, in the case of inanimate measurement objects in which high proportions of ferromagnetic components may possibly also be expected, even a relatively strong fixation can be effected with the holding means (or the holding means) in order to limit deviations from the predetermined pass path as far as possible. For example, the motion ¬ freedom can be as restricted to a few mm or a few cm ¬ to. The device can be set up to perform magnetic resonance measurements on measurement objects with a measurement time between 1 second and 1 minute, in particular between 1 second and 30 seconds per sample. For this purpose, the conveyor device can then be set up so that each measurement object remains within the sample space for at least the stated time period. As described, this can be achieved either via a continuous pass through a suitable speed with which the measurement objects arranged one after the other move simultaneously. Or the object to be measured is stopped for this period, as previously described for the quasi-continuous process. The superconducting coil winding of the device can advantageously have a high-temperature oxide superconductor and / or magnesium diboride as conductor material. Such Sup ¬ raleiter have higher critical temperatures than conventional metallic low-temperature superconductor and may be cooled more easily dry so German lent. Furthermore, with
Hochtemperatursupraleitern auch leichter besonders hohe magnetische Feldstärken erreicht werden, da sie leichter bei Temperaturen deutlich unterhalb ihrer Sprungtemperatur betrieben werden können und dann die oberen kritischen magneti- sehen Feldstärken besonders hoch liegen. Die supraleitendenHigh-temperature superconductors are also easier particularly high magnetic field strengths can be achieved, since they can be operated at temperatures well below their critical temperature and then the upper critical magnetic field strengths are particularly high. The superconducting
Leiter können beispielsweise in Form von supraleitenden Drähten oder auch in Form von flachen Bandleitern vorliegen. Für die Verarbeitung in Bandleitern besonders geeignet sind Verbindungen des Typs REBa2Cu30x (kurz REBCO) , wobei RE für ein Element der seltenen Erden oder eine Mischung solcher Elemente steht. Magnesiumdiborid weist eine Sprungtemperatur von etwa 39 K auf und gilt somit als Hochtemperatur-Supraleiter, allerdings ist die Sprungtemperatur im Vergleich zu anderen hochtemperatursupraleitenden Materialien eher niedrig. Die Vorteile dieses Materials im Vergleich zu oxidkeramischen Hochtemperatur-Supraleitern liegen bei seiner leichten und somit kostengünstigen Herstellbarkeit. Die Kühlvorrichtung kann eine Kältemaschine mit einem wärme¬ leitend an die supraleitende Spulenwicklung angekoppelten Kaltkopf aufweisen, wobei die Kältemaschine dazu ausgelegt ist, mit einem geschlossenen Kühlmittelkreislauf betrieben zu werden. Die Vorrichtung muss also nicht völlig frei von flüs¬ sigem Kühlmittel, insbesondere auch nicht frei von flüssigem Helium sein. Das flüssige Kühlmittel liegt aber innerhalb der Kältemaschine in einem geschlossenen Kreislauf vor und kann daher nicht aus der Vorrichtung abdampfen. Die Kältemaschine kann beispielsweise ein Pulsröhrenkühler oder eine Kompressi¬ onskältemaschine nach dem Gifford-McMahon Prinzip sein. Sie kann vorteilhaft eine zwei- oder mehrstufige Kältemaschine sein, mit der dann besonders niedrige Temperaturen erreicht werden können, ohne dass eine direkte Kühlung des Supralei- ters mit flüssigem Helium nötig ist. Conductors can be present for example in the form of superconducting wires or in the form of flat strip conductors. Particularly suitable for processing in strip conductors are compounds of the type REBa 2 Cu30 x (REBCO for short), where RE stands for a rare earth element or a mixture of such elements. Magnesium diboride has a transition temperature of about 39 K and thus is considered as a high-temperature superconductor, but the transition temperature is rather low compared to other high-temperature superconducting materials. The advantages of this material compared to oxide-ceramic high-temperature superconductors lie in its easy and thus inexpensive manufacturability. The cooling device may comprise a refrigerating machine having a heat conductive ¬ coupled to the superconducting coil winding cold head, wherein the cooling unit is designed to be operated with a closed coolant circuit. Thus, the device does not completely free of FLÜS ¬ Sigem coolant, in particular also not be free of liquid helium. However, the liquid coolant is within the refrigerator in a closed circuit and therefore can not evaporate from the device. The refrigerator can be for example a pulse tube cooler or a Kompressi ¬ onskältemaschine after the Gifford-McMahon principle. It can advantageously be a two-stage or multi-stage refrigerator, with which particularly low temperatures can be achieved without requiring direct cooling of the superconductor with liquid helium.
Die Spuleneinrichtung kann allgemein vorteilhaft dazu ausgelegt sein, ein Magnetfeld B o mit einer maximalen Feldstärke im Probenraum zwischen 0,25 T und 4 T zu erzeugen. Solche magnetischen Feldstärken sind für die Stofferkennung durch NMR-Spektroskopie gut geeignet. Sie sind außerdem auch für die optional mögliche Magnetresonanz-Bildgebung an den Messobjekten geeignet. Die Spuleneinrichtung zur Erzeugung des Magnetfeldes B o kann allgemein vorteilhaft ein Gewicht von maximal 1000 kg, insbe¬ sondere maximal 250 kg aufweisen. Die Definition des Gewichts der Spuleneinrichtung soll dabei so sein, dass das Gewicht der Kühlvorrichtung, die Teil der Spuleneinrichtung ist, mit enthalten ist. Vorteilhaft ist also die gesamte Spulenein¬ richtung so leicht ausgeführt, dass sie sich für mobile An¬ wendungen eignet. Somit ist eine solche Vorrichtung auch leichter für Sicherheitskontrollen einsetzbar, insbesondere wenn sie nicht wie bei einem Flughafen dauerhaft installiert sind, sondern wenn sie bei temporären Veranstaltungen benötigt werden oder auch nur gelegentlich zwischen verschiedenen Kontrollpunkten einer logistischen Transportkette verschoben werden sollen. Gerade mit einer trockenen Kühlung anstelle einer Kühlung mit Helium-Badkryostaten können solche Messvorrichtungen wesentlich leichter transportabel ausgeführt werden . Vorteilhaft weist die Vorrichtung einen kryostatischen Behälter auf, innerhalb dessen die wenigstens eine supraleitende Spulenwicklung angeordnet ist. Dieser Behälter kann beispielsweise ein einwandiger Vakuumbehälter sein, so dass die Spulenwicklung (en) innerhalb dieses Behälters in einem evaku- ierten Raum angeordnet sein können. Es kann sich insbesondere um einen hohlzylindrischen Behälter handeln, bei dem die einwandige innere Zylinderwand den Behälter für die Spulen¬ wicklung (en) von dem Probenraum abgrenzt. Zusätzlich zu der thermischen Isolation durch das Vakuum des kryostatischen Be- hälters kann die wenigstens eine Spulenwicklung durch eine Superisolation gegen die äußere Umgebung thermisch isoliert sein . The coil device can generally be advantageously designed to generate a magnetic field B o with a maximum field strength in the sample space between 0.25 T and 4 T. Such magnetic field strengths are well suited for substance detection by NMR spectroscopy. They are also suitable for optional magnetic resonance imaging on the DUTs. The coil device for generating the magnetic field B o can generally advantageously have a maximum weight of 1000 kg, in particular ¬ sondere a maximum of 250 kg. The definition of the weight of the coil device should be such that the weight of the cooling device, which is part of the coil device, is included. Advantageously, the entire Spulenein ¬ direction is so easily executed that it is suitable for mobile appli ¬ tions. Thus, such a device is also easier to use for security checks, especially if they are not permanently installed as at an airport, but if they are needed for temporary events or even to be moved occasionally between different control points of a logistical transport chain. Especially with a dry cooling instead a cooling with helium bath cryostat such measuring devices can be made much easier to transport. Advantageously, the device has a cryostatic container within which the at least one superconducting coil winding is arranged. This container may for example be a single-walled vacuum container, so that the coil winding (s) can be arranged within this container in an evacuated space. It may in particular be a hollow cylindrical container, wherein the walled inner cylinder wall to the container for the coil winding ¬ (s) separates from the sample space. In addition to the thermal insulation by the vacuum of the cryostatic container, the at least one coil winding can be thermally insulated by a super insulation against the external environment.
Die wenigstens eine Magnetspule der Spuleneinrichtung kann gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform im sogenannten Dauerkurzschlussstrommodus betrieben werden. In diesem Modus fließt ein Dauerstrom über einen ringförmig geschlossenen supraleitenden Stromkreis, der durch den verschwindend geringen Widerstand der supraleitenden Spulenwicklung über einen sehr langen Zeitraum nahezu nicht abklingt. Beispielsweise können Spulen mit Tieftemperatursupraleitern über mehrere Jahre in diesem Dauerkurzschlussstrommodus betrieben werden, ohne dass das Abklingen des Magnetfeldes die Magnetresonanz¬ messung wesentlich beeinträchtigt. Um einen solchen Betrieb zu ermöglichen sollte die supraleitende Spule einen ringför¬ migen Stromkreis mit durchgehend supraleitenden Eigenschaften ausbilden. Eventuell benötigte Verbindungen sollten einen Kontaktwiderstand von nicht mehr als 1 fOhm aufweisen. Um ein Aufladen einer solchen Magnetspule zu ermöglichen, kann bei dieser Ausführungsform vorteilhaft ein supraleitender Dauerstromschalter innerhalb der Wicklung vorgesehen sein. Der supraleitende Dauerstromschalter ist dabei Teil des Strom¬ kreises der Spule und wird zur Einspeisung eines äußeren Stromes aus einer externen Stromquelle beispielsweise durch Aufheizen in einen ohmsch leitenden Zustand versetzt. Nach Abschalten der Heizung und Herunterkühlen auf die Betriebstemperatur wird auch dieser Teil der Spule wieder supralei- tend. The at least one magnetic coil of the coil device can be operated according to an advantageous embodiment in the so-called continuous short-circuit current mode. In this mode, a continuous current flows through an annular closed superconducting circuit, which almost does not decay over a very long period of time due to the vanishing resistance of the superconducting coil winding. For example, coils can be operated with low temperature superconductors over several years in this short circuit current mode, without the decay of the magnetic field, the magnetic resonance measurement ¬ substantially impaired. To enable such an operation should form a ringför ¬-shaped circuit with continuous superconducting properties of the superconducting coil. Any required connections should have a contact resistance of no more than 1 fOhm. In order to enable charging of such a magnetic coil, a superconducting permanent current switch can be advantageously provided within the winding in this embodiment. The superconducting permanent current switch is part of the current ¬ circle of the coil and is for feeding an external Power from an external power source, for example, by heating in an ohmic conductive state. After switching off the heating and cooling down to the operating temperature, this part of the coil also becomes superconductive again.
Eine im Dauerkurzschlussstrommodus betriebene Spule ist be¬ sonders vorteilhaft für Magnetresonanz-Anwendungen, bei denen die Vorrichtung wenigstens über mehrere Monate an einem fes- ten Ort betrieben wird. Das mit einer solchen Spule erzeugte Magnetfeld ist zeitlich besonders konstant, da es nicht durch die Netzschwankungen einer zusätzlichen Stromquelle beein- flusst ist. Alternativ hierzu ist es vor allem bei mobilen Anwendungen mit kürzeren Betriebszeiten zwischen einzelnen Transporten der Vorrichtung vorteilhaft, wenn die Spuleneinrichtung eine Stromquelle aufweist, die mit dem supraleitenden Leiter der Magnetspule in Serie geschaltet ist. Eine solche dauerhaft gespeiste Magnetspule verbraucht aufgrund der niedrigen elektrischen Verluste in der Spulenwicklung trotzdem wenig elektrische Leistung, und sie kann relativ schnell und ein¬ fach in Betrieb genommen und/oder wieder abgeschaltet werden. Beispielsweise kann mit einer solchen integrierten Stromquel- le der Betriebsstrom der Magnetspule täglich neu eingestellt werden, um die Vorrichtung für die am jeweiligen Tag geplanten Messungen jeweils neu in Betrieb zu nehmen. A operated in the short circuit current mode coil be ¬ Sonders advantageous for magnetic applications in which the device is operated at least for several months at a FES th place. The magnetic field generated by such a coil is particularly constant over time, since it is not influenced by the network fluctuations of an additional current source. Alternatively, it is particularly advantageous in mobile applications with shorter operating times between individual transports of the device, when the coil means comprises a current source which is connected in series with the superconducting conductor of the magnetic coil. Such a permanently powered solenoid consumed due to the low electrical losses in the coil winding still little electrical power, and they can be taken relatively quickly and a ¬ times in operation and / or are turned off again. For example, with such an integrated current source, the operating current of the magnetic coil can be reset daily in order to restart the device for the measurements planned for the respective day.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann durch Fourier- Analyse der Frequenzanteile eines mittels der Vorrichtung ge¬ messenen freien Induktionszerfalls ein Magnetresonanz- Spektrum ermittelt werden. Dieses Magnetresonanz-Spektrum kann dann mit Spektren bekannter Materialien verglichen werden, wobei aus dem Vergleich der Spektren auf das Vorliegen oder Nicht-Vorliegen von vordefinierten Arten von Gefahrstoffen geschlossen wird. Bei dem Verfahren können die Magnetresonanzsignale vorteil¬ haft durch eine Doppelresonanz-Messung erhalten werden. In the inventive method of frequency components of a means of the device ge ¬ measured free induction decay, a magnetic resonance spectrum can be determined by Fourier analysis. This magnetic resonance spectrum can then be compared with spectra of known materials, it being concluded from the comparison of the spectra on the presence or absence of predefined types of hazardous substances. In the method, the magnetic resonance signals can be advantageous ¬ adhesive obtained by a double-resonance measurement.
Alternativ oder zusätzlich zum spektral aufgelösten Messver- fahren kann eine ortsaufgelöste Messung der Magnetresonanzsignale erfolgen, indem mittels wenigstens einer Gradientenspule verschiedene Orte innerhalb des Probenraums nacheinan¬ der in magnetische Resonanz mit einem anregenden Hochfrequenz-Feld gebracht werden. Alternatively or additionally, can be carried out drive to spectrally resolved measurement principle a spatially resolved measurement of the magnetic resonance signals by the nacheinan ¬ be brought in magnetic resonance with a stimulating radio frequency field by means of at least one gradient coil different locations within the sample space.
Die Vorteile dieser Ausführungsformen des Verfahrens ergeben sich analog zu den Vorteilen der entsprechenden Ausführungsformen der Vorrichtung. Nachfolgend wird die Erfindung anhand einiger bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die angehängten Zeichnungen beschrieben, in denen: The advantages of these embodiments of the method are analogous to the advantages of the corresponding embodiments of the device. In the following, the invention will be described by means of some preferred embodiments with reference to the appended drawings, in which:
Figur 1 einen schematischen Längsschnitt durch eine Vorrich- tung nach einem ersten Ausführungsbeispiel zeigt, FIG. 1 shows a schematic longitudinal section through a device according to a first exemplary embodiment,
Figur 2 einen schematischen Längsschnitt durch eine Vorrichtung nach einem zweiten Ausführungsbeispiel zeigt und Figur 3 ein Feldstärkeprofil des Magnetfeldes B0 für eine Figure 2 shows a schematic longitudinal section through a device according to a second embodiment and Figure 3 shows a field strength profile of the magnetic field B0 for a
Spuleneinrichtung einer solchen Vorrichtung zeigt.  Coil means of such a device shows.
In Figur 1 ist eine Vorrichtung 1 zur Messung von Magnetresonanzsignalen nach einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfin- dung im schematischen Längsschnitt, geschnitten entlang der Durchlaufrichtung x durch die Vorrichtung gezeigt. Entlang dieser Durchlaufrichtung x können Messobjekte 9 hintereinander durch die Vorrichtung hindurch transportiert werden. 1 shows a device 1 for measuring magnetic resonance signals according to a first exemplary embodiment of the invention in a schematic longitudinal section, cut along the passage direction x through the device. Along this passage direction x measuring objects 9 can be transported through the device one behind the other.
Hierzu weist die Vorrichtung 1 im gezeigten Beispiel ein För- dermittel auf, welches solche Messobjekte in Gestalt vonFor this purpose, in the example shown, the device 1 has a conveying means, which comprises such measuring objects in the form of
Transportgütern und/oder Personen durch einen Probenraum 11 der Vorrichtung hindurch transportieren kann. Das Fördermittel 13 umfasst im gezeigten Beispiel ein Förderband 15, auf welchem einzelne Förderbehälter angebracht sind. Innerhalb dieser Förderbehälter können zu vermessende Objekte 9 einzeln und/oder ein Gruppen gebündelt angeordnet werden, um darin nacheinander in einem kontinuierlichen oder quasi-kontinuier- liehen Ablauf durch den Probenraum 11 hindurch gefahren zu werden. Innerhalb des Probenraums 11 werden dann an den je¬ weils dort positionieren Messobjekten 9 Magnetresonanzsignale gemessen. Die Förderbehälter 17 können dazu vorteilhaft ein Material aufweisen, welches vergleichsweise wenig zu diesem gemessenen Signal beiträgt. Transport goods and / or persons through a sample chamber 11 of the device can transport therethrough. The conveyor 13 comprises in the example shown a conveyor belt 15, on which individual delivery containers are attached. Within these delivery containers, objects 9 to be measured can be arranged individually and / or bundled together in order to be driven through the sample space 11 in succession in a continuous or quasi-continuous process. 9, magnetic resonance signals are measured within the sample chamber 11 then to the depending position ¬ weils there measurement objects. The delivery containers 17 may advantageously have a material which contributes comparatively little to this measured signal.
Alternativ zu den Förderbehältern können die Messobjekte auch lose auf dem Förderband oder einem ähnlichen geeigneten As an alternative to the delivery containers, the measurement objects may also be loose on the conveyor belt or a similar suitable one
Transportmittel transportiert werden. Vorteilhaft bei der An- Ordnung in oder auf einem separaten Förderbehälter 17 ist, dass die Messobjekte 9 darin gegen unerwünschte Relativbewe¬ gungen durch magnetische Anziehungskräfte und/oder gegen Bremseffekte durch Wirbelströme fixiert werden können. Hierzu können ein oder mehrere Haltemittel vorgesehen sein, im ge- zeigten Beispiel der Fig. 1 ist dies für den auf der rechten Seite der Abbildung beispielhaft gezeigten Förderbehälter 17a eine Anordnung von mehreren aufblasbaren Haltekissen 21, mit denen das Messobjekt 9a innerhalb dieses Behälters 17a fi¬ xiert ist. Um Messobjekt 9a und Haltekissen 21 zusammen im Behälter 9a zu fixieren, kann wie in Fig. 1 gezeigt ein Deckel 19 für den Förderbehälter 17a vorgesehen sein. Alternativ oder zusätzlich zu den gezeigten Haltemitteln wie Haltekissen 17a und/oder Deckel 19 können aber auch andere Haltemittel zum Einsatz kommen, beispielsweise Haltegurte. Die Messobjekte 9 müssen generell auch nicht unbedingt mechanisch fixiert werden, vor allem wenn sie einen geringen Gehalt an ferromagnetischen und/oder elektrisch leitfähigen Materialkomponenten aufweisen. Zur Messung der Magnetresonanzsignale weist die Vorrichtung 1 eine Spuleneinrichtung 3 zur Erzeugung eines starken, statischen und innerhalb des Probenraums 11 im Wesentlichen homo¬ genen Magnetfeldes Bo auf. Diese Spuleneinrichtung 3 weist eine oder mehrere supraleitende Magnetspulen 5 mit Wicklungen aus supraleitenden Leitermaterialien auf. Für das erste Ausführungsbeispiel sind in Fig. 1 exemplarisch zwei Magnetspu¬ len 5a und 5b gezeigt, von denen eine oberhalb und eine un- terhalb des Probenraums 11 angeordnet ist. Mit ihnen kann ein starkes Magnetfeld Bo erzeugt werden, welches senkrecht zu der Durchlaufrichtung x liegt. Im gezeigten Beispiel ist dies die vertikale Raumrichtung mit Ausrichtung nach geodätisch unten. Prinzipiell kann das Magnetfeld BO aber auch andere Orientierungen aufweisen. Transport be transported. In the arrival order is advantageous in or on a separate conveyor vessel 17, that the measurement objects 9 may be fixed therein against unwanted Relativbewe ¬ conditions by magnetic attraction forces and / or against braking effects caused by eddy currents. For this purpose, one or more holding means may be provided, in the example shown in FIG. 1 this is for the delivery container 17a shown by way of example on the right side of the illustration an arrangement of a plurality of inflatable holding cushions 21, with which the measurement object 9a within this container 17a fi ¬ xed is. To fix the measurement object 9a and the holding pad 21 together in the container 9a, as shown in FIG. 1, a lid 19 may be provided for the delivery container 17a. Alternatively or in addition to the holding means shown, such as holding cushions 17a and / or cover 19, however, other holding means may also be used, for example holding straps. The measuring objects 9 generally do not necessarily have to be mechanically fixed, especially if they have a low content of ferromagnetic and / or electrically conductive material components. For measuring the magnetic resonance signals, the device 1 has a coil device 3 for generating a strong, static and within the sample chamber 11 is substantially homo ¬ gene magnetic field Bo. This coil device 3 has one or more superconducting magnetic coils 5 with windings of superconducting conductor materials. For the first embodiment, in Fig. 1 exemplarily shown two Magnetspu ¬ len 5a and 5b, one above and one of which is arranged Below the sample compartment 11. With them, a strong magnetic field Bo can be generated, which is perpendicular to the passage direction x. In the example shown, this is the vertical spatial direction with geodesic orientation downwards. In principle, however, the magnetic field BO can also have other orientations.
Die supraleitenden Leitermaterialien der Magnetspulen 5a und 5b können vorteilhaft Hochtemperatursupraleiter sein, welche eine Sprungtemperatur oberhalb von 25 K aufweisen und daher leichter als Tieftemperatursupraleiter mit einer Kältemaschine gekühlt werden können, ohne selbst in ein Bad aus flüssi¬ gem Helium eingetaucht zu sein. Beispielsweise können die supraleitenden Leiter dieser Spulenwicklungen als Bandleiter mit einer Schicht des Typs REBa2Cu30x ausgebildet sein. Solche Materialien weisen eine besonders hohe Sprungtemperatur auf. The superconducting conductor materials of the solenoids 5a and 5b may be advantageous high-temperature superconductor having a transition temperature above 25 K and can therefore be cooled more easily than low temperature superconductor with a refrigerating machine without being immersed himself in a bath of flüssi ¬ according helium. For example, the superconducting conductors of these coil windings may be formed as a band conductor with a layer of the type REBa 2 Cu30 x . Such materials have a particularly high transition temperature.
Um die supraleitenden Spulenwicklungen auf eine Betriebstemperatur unterhalb der Sprungtemperatur des Supraleiters zu kühlen, weist die Vorrichtung 1 eine Kühlvorrichtung 7 auf, die dazu ausgestaltet ist, die Spulenwicklung trocken - also ohne direkte Einbettung der Wicklungen in ein flüssiges Kühlmittel - zu kühlen. Die Kühlvorrichtung 7 umfasst eine Kälte¬ maschine 23, die im gezeigten Beispiel auf Basis eines zwei¬ stufen Gifford-McMahon-Kompressionskühlers mit geschlossenem Heliumkreislauf funktioniert. Diese Kältemaschine 23 umfasst einen Kaltkopf 25, der hier zur Kühlung der Wicklungen durch Materialien mit hoher Wärmeleitung thermisch mit den Magnetspulen 5a und 5b verbunden ist. Um diese Magnetspulen 5a und 5b thermisch ausreichend gut gegen die warme Umgebung zu iso- lieren, dass eine geeignete Betriebstemperatur unterhalb der Sprungtemperatur erreicht werden kann, sind diese Spulen 5a und 5b innerhalb eines kryostatischen Gefäßes 27 angeordnet, das hier als einwandiges Vakuumgefäß ausgebildet ist. Die Spulen 5a und 5b sind also innerhalb eines Vakuumraums V an¬ geordnet . In order to cool the superconducting coil windings to an operating temperature below the transition temperature of the superconductor, the device 1 has a cooling device 7, which is designed to cool the coil winding dry - ie without direct embedding of the windings in a liquid coolant. Comprises the cooling device 7, a refrigerant ¬ machine 23 which works in the illustrated example on the basis of a two-step ¬ Gifford-McMahon cooler compression with a closed helium circuit. This chiller 23 comprises a cold head 25, which is thermally connected to the magnetic coils 5a and 5b here for cooling the windings by high heat conduction materials. In order to insulate these magnet coils 5a and 5b sufficiently thermally against the warm environment that a suitable operating temperature below the transition temperature can be achieved, these coils 5a and 5b are arranged inside a cryostatic vessel 27, which is designed here as a single-walled vacuum vessel. The Coils 5a and 5b are thus arranged within a vacuum space V on ¬ .
Bei dem in Fig. 1 gezeigten Vakuumraum V kann es sich entwe- der um einen gemeinsamen hohlzylindrischen Vakuumraum handeln, innerhalb dessen beide Magnetspulen 5a und 5b angeord¬ net sind. Es kann sich alternativ aber auch um getrennte Teilanordnungen mit getrennten Vakuumräumen V oberhalb und unterhalb des Probenraums 11 handeln. Allgemein und unabhän- gig von der genauen Geometrie der Ausgestaltung ist der Probenraum 11 ein innerer Hohlraum innerhalb der Vorrichtung 1, durch welchen die Messobjekte 9 hintereinander hindurch transportiert werden können. Dieser Hohlraum kann kreiszylindrisch geformt sein oder auch andere Querschnitts- geometrien, beispielsweise einen rechteckigen Querschnitt aufweisen. Er kann zentral oder auch dezentral innerhalb der Vorrichtung angeordnet sein. Wesentlich ist nur, dass er in Durchlaufrichtung x eine durchgehende Bohrung ausbildet und dass er ausreichend groß ist, um die zu vermessenden Objekte 9 aufzunehmen. In the example shown in FIG. 1, vacuum space V may be either the hollow cylindrical about a common vacuum chamber, within which are both solenoids 5a and 5b angeord ¬ net. Alternatively, it may also be separate sub-arrangements with separate vacuum spaces V above and below the sample space 11. Generally and independently of the exact geometry of the embodiment, the sample space 11 is an internal cavity within the device 1, through which the measurement objects 9 can be transported in succession. This cavity may be circular-cylindrical or may have other cross-sectional geometries, for example a rectangular cross-section. It can be arranged centrally or else decentrally within the device. It is only important that it forms a continuous bore in the passage direction x and that it is sufficiently large to receive the objects 9 to be measured.
Das durch die Spuleneinrichtung 3 erzeugte Magnetfeld B0 weist einen Homogenitätsbereich auf, in dem die Feldstärke im Wesentlichen konstant ist. Die Länge dieses Homogenitätsbe- reiches ist in Fig. 1 mit lh gekennzeichnet. Vorteilhafter¬ weise ist die Länge lh wenigstens so groß wie die zu erwar¬ tende maximale Länge lm der Messobjekte 9. Die Stärke des Magnetfeldes B0 kann beispielsweise zwischen 0,25 T und 4 T liegen. Ein solches statisches Magnetfeld ist die Grundlage für die mit der Vorrichtung 1 durchzuführenden Magnetresonanzmessungen. Zusätzlich kann die Vorrichtung 1 hierzu noch eine oder mehrere, der Übersichtlichkeit halber hier nicht gezeigte Hochfrequenzspulen aufweisen, mit denen hochfrequente elektromagnetische Signale (beispielsweise Pulse) gesendet und/oder empfangen werden können. Mit einer derart aufgebauten Vorrichtung können Magnetresonanzspektren und/oder Spin- Relaxationszeiten gemessen werden. Optional kann die Vorrichtung zusätzlich eine oder mehrere Gradientenspulen umfassen, um ortsaufgelöste Messungen zu ermöglichen. Die Vorrichtung kann eine hier ebenfalls nicht gezeigte Verarbeitungseinheit aufweisen, um die gemessenen Signale zu verstärken und zu verarbeiten und die gewünschten NMR-Spektren, Relaxationszei- ten und/oder Abbildungen zu ermitteln. The magnetic field B0 generated by the coil device 3 has a homogeneity range in which the field strength is substantially constant. The length of this homogeneity region is indicated in FIG. 1 by h . Advantageously, the length l ¬ h at least as large as the to be expected ¬ tend maximum length l m of the measuring objects 9. The strength of magnetic field B0, for example, be between 0.25 T and 4 T. Such a static magnetic field is the basis for the magnetic resonance measurements to be carried out with the device 1. In addition, the device 1 can additionally have one or more radiofrequency coils, not shown here for the sake of clarity, with which high-frequency electromagnetic signals (for example pulses) can be transmitted and / or received. Magnetic resonance spectra and / or spin relaxation times can be measured with such a device. Optionally, the device may additionally comprise one or more gradient coils, to enable spatially resolved measurements. The device may have a processing unit, likewise not shown here, in order to amplify and process the measured signals and to determine the desired NMR spectra, relaxation times and / or images.
Die so gemessenen NMR-Spektren, Relaxationszeiten und/oder Abbildungen können dazu verwendet werden, um Sicherheitskontrollen an den zu vermessenden Objekten 9 durchzuführen. Die- se Objekte - unabhängig davon ob es Transportgüter oder Personen sind - können so beispielsweise im Hinblick auf Sprengstoffe, Drogen oder andere Gefahrstoffe untersucht werden. The thus measured NMR spectra, relaxation times and / or images can be used to perform security checks on the objects 9 to be measured. These objects - regardless of whether they are transported goods or persons - can be examined for example with regard to explosives, drugs or other hazardous substances.
Fig. 2 zeigt eine weitere Vorrichtung 1 zur Messung von Mag- netresonanzsignalen nach einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Auch hier ist ein schematischer Längsschnitt entlang der Durchlaufrichtung x der Vorrichtung gezeigt. Anstelle von den in Fig. 1 gezeigten Transportgütern werden hier Personen 9b im Hinblick auf potentiell vorliegende Ge- fahrstoffe untersucht. Diese Personen laufen jeweils selbst auf einer Laufbahn 22 durch den Probenraum 11 der Vorrichtung. Alternativ können diese Personen 9b aber auch automatisch durch ein Förderband ähnlich wie bei dem Beispiel der Fig. 1 für die Transportgüter bewegt werden. Die Vorrichtung 1 ist im Übrigen ähnlich aufgebaut wie die Vorrichtung der Fig. 1, wobei hier die ähnlich aufgebaute Kühlvorrichtung 7 der Übersichtlichkeit halber nicht gezeigt ist und auch die Hochfrequenzspulen und die Verarbeitungseinheit wiederum nicht dargestellt sind. FIG. 2 shows a further apparatus 1 for measuring magnetic resonance signals according to a second exemplary embodiment of the invention. Again, a schematic longitudinal section along the direction of passage x of the device is shown. Instead of the transport goods shown in FIG. 1, persons 9b are examined here with regard to potentially present hazardous substances. These persons each run themselves on a track 22 through the sample space 11 of the device. Alternatively, these persons 9b can also be moved automatically by a conveyor belt similar to the example of FIG. 1 for the transported goods. Incidentally, the device 1 is similar in structure to the device of FIG. 1, the cooling device 7 constructed in a similar way not being shown here for the sake of clarity, and the radio-frequency coils and the processing unit again are not shown.
Die Spuleneinrichtung 3 zur Erzeugung des statischen Magnetfeldes Bo ist bei dem zweiten Ausführungsbeispiel etwas an¬ ders aufgebaut: Und zwar liegt hier eine Anordnung von mehre¬ ren ringförmigen Magnetspulen 5 vor, die jeweils in einer Ringebene senkrecht zur Durchlaufrichtung x angeordnet sind. Jede Magnetspule 5 umgibt den als inneren Hohlraum ausgebil¬ deten Probenraum 11 also ringförmig. Beispielhaft ist hier eine Anordnung von fünf solchen axial gestapelten Magnetspu- len 5 gezeigt, wobei die genaue Zahl auch größer oder kleiner sein kann. Prinzipiell funktioniert die Messung auch nur mit einer einzigen ringförmigen Magnetspule 5. Insgesamt wird durch die Spuleneinrichtung 3 hier ein statisches Magnetfeld Bo erzeugt, welches parallel zur Durchlaufrichtung x der zu vermessenden Objekte liegt. The coil device 3 for generating the static magnetic field Bo is constructed somewhat in ¬ DERS in the second embodiment: Namely, here is an arrangement of several ¬ ren annular magnetic coils 5 in front of which are each disposed in an annular plane perpendicular to the direction x. Each magnetic coil 5 surrounds the inner cavity as ausgebil ¬ Deten sample chamber 11 so annularly. By way of example, an arrangement of five such axially stacked magnetic coils is shown here. len 5, wherein the exact number can also be larger or smaller. In principle, the measurement also works only with a single annular magnetic coil 5. Overall, a static magnetic field Bo is generated here by the coil device 3, which is parallel to the passage direction x of the objects to be measured.
Die Magnetspulen 5 des zweiten Ausführungsbeispiels können einen kreiszylindrischen Querschnitt aufweisen und so einen kreiszylindrischen inneren Hohlraum 11 symmetrisch umgeben. So können besonders homogene Magnetfelder BO erzeugt werden. Alternativ sind jedoch auch andere, insbesondere rechteckige Querschnittsgeometrien möglich. Die räumliche Ausdehnung des Probenraums kann in der Breite und Höhe gleich oder unter- schiedlich sein. Bei der Beispielanwendung mit hindurch laufenden Personen ist es vorteilhaft, wenn der Probenraum deutlich höher als breit ist. Bei der Vermessung von Transportgü¬ tern, beispielsweise Koffern, Kisten, Säcken oder anderen besser liegend zu transportierenden Objekten kann dies genau umgekehrt sein. The magnetic coils 5 of the second embodiment may have a circular cylindrical cross-section and thus surround a circular cylindrical inner cavity 11 symmetrically. Thus, particularly homogeneous magnetic fields BO can be generated. Alternatively, however, other, in particular rectangular cross-sectional geometries are possible. The spatial extent of the sample space may be the same or different in width and height. In the example application with passing persons, it is advantageous if the sample space is significantly higher than it is wide. When measuring Transportgü ¬ tern, for example suitcases, boxes, bags or other better lying to be transported objects this may be reversed.
Der Aufbau der Magnetspulen und die Orientierung des Magnetfeldes in den Figuren 1 und 2 ist jeweils nur beispielhaft zu verstehen. Insbesondere kann auch eine Vorrichtung zur Unter- suchung von Personen mit einer Spuleneinrichtung 3 ähnlich wie in der Figur 1 ausgestattet sein, und eine Vorrichtung zur Untersuchung von Transportgütern kann auch mit einer Spuleneinrichtung 3 ähnlich wie in der Figur 2 ausgestattet sein . The structure of the magnetic coils and the orientation of the magnetic field in Figures 1 and 2 is to be understood only by way of example. In particular, a device for examining persons with a coil device 3 can be equipped similarly as in FIG. 1, and a device for examining transported goods can also be equipped with a coil device 3 similar to that shown in FIG.
Figur 3 zeigt ein vorteilhaftes Feldprofil 31 des durch die Spuleneinrichtungen 3 erzeugten Magnetfeldes Bo in Abhängigkeit von der Durchlaufrichtung x, wie es innerhalb der Vorrichtung des ersten und/oder zweiten Ausführungsbeispiels vorliegen kann. Das Feldprofil 31 weist einen Homogenitäts¬ bereich 33 der Länge lh auf, welcher sich vorteilhaft über einen möglichst großen Teil des Probenraums 11 erstreckt, und innerhalb dessen die Stärke des Magnetfeldes Bo im Wesentli- chen konstant ist und bei einem maximalen Wert Bmax liegt. Dieser Homogenitätsbereich wird von zwei Randbereichen 35 flankiert, in denen die Feldstärke von dem Wert Bmax zu we¬ sentlich niedrigeren Werten abfällt. Beispielsweise kann die- ser Abfall annähernd exponentiell sein. Als Randbereich 35 kann beispielsweise der Bereich angesehen werden, auf dem die Feldstärke von Bmax auf einen Bruchteil 1/e von B/max ab¬ fällt. Die Punkte 39, an denen dieser Bruchteil erreicht ist, können vorteilhaft wenigstens durch einen Abstand 41 von we- nigstens 2 m von den Rändern des Homogenitätsbereichs 33 ge¬ trennt sein. FIG. 3 shows an advantageous field profile 31 of the magnetic field Bo generated by the coil devices 3 as a function of the passage direction x, as may be present within the device of the first and / or second exemplary embodiment. The field profile 31 has a homogeneity ¬ region 33 of length l to h, which advantageously extends over the largest possible part of the sample room 11, and within which the magnetic field strength Bo at the essential is constant and at a maximum value B max . This homogeneity region is flanked by two edge areas 35, in which the field strength from the value B max to we ¬ sentlich lower values decreases. For example, this waste can be approximately exponential. As the edge region 35 of the area may for example be considered where the field strength of Bmax to a fraction 1 / e of B / max from ¬ falls. The dots 39 in which this fraction is achieved can be beneficial ge ¬ separated at least by a distance 41 of at least 2 m from the edges of the homogeneity range 33rd
Ein derart räumlich ausgedehnter Abfall des Magnetfeldes Bo ist deutlich gradueller als bei den typischerweise heutzutage eingesetzten Magnetresonanz-Tomographen, bei denen die Magnetspulen zur Verringerung des Streufelds bevorzugt so einge¬ richtet werden, dass ein möglichst steiler Abfall erreicht wird. Das gezeigte allmähliche Abklingen hat für die erfin¬ dungsgemäße Verwendung aber den Vorteil, dass die auf die den Probenraum 11 durchlaufenden Messobjekte 11 geringeren magnetischen Anziehungskräften ausgesetzt sind, da die maximalen Feldgradienten 37 auf niedrigere Werte begrenzt sind. Such a spatially extended waste of the magnetic field Bo is much more gradual than in the typically used today magnetic resonance imaging apparatus in which the magnet coils to reduce the stray field preferably be so incorporated ¬ oriented such that a steep drop as possible is achieved. The gradual decay shown has for the dung OF INVENTION ¬ intended use but the advantage that the lower to the sample chamber 11 passing through the measurement objects 11 are exposed to magnetic attraction forces, since the maximum field gradient 37 are limited to lower values.

Claims

Patentansprüche claims
1. Vorrichtung (1) zur Messung von Magnetresonanzsignalen, die eine Spuleneinrichtung (3) zur Erzeugung eines Magnetfel- des ( B o ) mit wenigstens einer Magnetspule (5, 5a, 5b) mit ei¬ ner supraleitenden Spulenwicklung aufweist, 1. Device (1) for measuring magnetic resonance signals (a, 5 b 5, 5a) comprises a coil means (3) for generating a magnetic fields of the (B o) with at least one magnetic coil with egg ¬ ner superconducting coil winding,
- wobei die Spuleneinrichtung (5) eine Kühlvorrichtung (7) zur trockenen Kühlung der supraleitenden Spulenwicklung aufweist,  - wherein the coil means (5) comprises a cooling device (7) for dry cooling of the superconducting coil winding,
- wobei die Vorrichtung (1) eine vorgegebene Durchlaufrichtung (x) für den sequenziellen Transport einer Mehrzahl von Messobjekten (9) durch die Vorrichtung (1) hindurch aufweist,- wherein the device (1) has a predetermined passage direction (x) for the sequential transport of a plurality of measuring objects (9) through the device (1),
- wobei die Spuleneinrichtung (5) einen durchgehenden inneren Hohlraum aufweist, der einen durchgehenden Probenraum (11) definiert und durch den die Messobjekte (9) hintereinander entlang der Durchlaufrichtung (x) durch die Vorrichtung (1) hindurch transportiert werden können. - Wherein the coil means (5) has a continuous inner cavity which defines a continuous sample space (11) and through which the measurement objects (9) can be transported in succession along the passage direction (x) through the device (1).
2. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, bei der die Spulenein- richtung (3) dazu ausgelegt ist, ein Magnetfeld ( B o ) zu er¬ zeugen, welches entlang der Durchlaufrichtung (x) ein Feldprofil (31) aufweist, das im Inneren des Hohlraums (11) durch einen Homogenitätsbereich (33) mit im Wesentlichen homogenem Feldverlauf gekennzeichnet ist und das in den dem Homogeni- tätsbereich (33) benachbarten Randbereichen (35) jeweils durch einen nach außen abfallenden und konkav gekrümmten Feldverlauf mit nach außen hin betragsmäßig kleiner werdendem Feldgradienten (37) gekennzeichnet ist. To he ¬ testify 2. Device (1) according to claim 1, wherein the Spulenein- device (3) is adapted to generate a magnetic field (B o), which is along the flow direction (x) having a field profile (31) in the Inside of the cavity (11) by a homogeneity region (33) is characterized with substantially homogeneous field profile and in the homogeneity region (33) adjacent edge regions (35) in each case by an outwardly sloping and concavely curved field profile in terms of magnitude decreasing field gradient (37).
3. Vorrichtung (1) nach Anspruch 2, bei welcher das Feldprofil (31) des Magnetfeldes ( B o ) in den Randbereichen einen Feldgradienten (37) von nicht mehr als 9 T/m, insbesondere nicht mehr als 0,9 T/m aufweist. 3. Device (1) according to claim 2, wherein the field profile (31) of the magnetic field (B o) in the edge regions a field gradient (37) of not more than 9 T / m, in particular not more than 0.9 T / m having.
4. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit wenigstens einer Hochfrequenz-Spule zum Senden und/oder Empfangen von Hochfrequenzsignalen, wobei die Vorrichtung zur Aufnahme von Magnetresonanz-Spektren ausgestaltet ist, insbe- sondere durch Fourier-Analyse der Frequenzanteile eines mit¬ tels der Hochfrequenz-Spule gemessenen freien Induktionszerfalls . 4. Device (1) according to one of the preceding claims with at least one high-frequency coil for transmitting and / or receiving high-frequency signals, wherein the device is designed for recording magnetic resonance spectra, in particular in particular by Fourier analysis of the frequency components of a measured by ¬ means of the high-frequency coil free induction decay.
5. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welche zusätzlich wenigstens eine Gradientenspule zur Erzeu¬ gung eines ortsabhängigen Magnetfelds innerhalb des Proben¬ raums (11) umfasst, so dass mittels der Vorrichtung eine ortsaufgelöste Messung magnetischer Resonanzen möglich ist. 5. Device (1) according to one of the preceding claims, which additionally comprises at least one gradient coil for Erzeu ¬ tion of a location-dependent magnetic field within the sample ¬ space (11), so that by means of the device, a spatially resolved measurement of magnetic resonances is possible.
6. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der mittels der Spuleneinrichtung (3) ein Magnetfeld (Bo) erzeugt werden kann, welches im Wesentlichen senkrecht zur Durchlaufrichtung (x) verläuft. 6. Device (1) according to any one of the preceding claims, wherein by means of the coil means (3), a magnetic field (Bo) can be generated, which is substantially perpendicular to the passage direction (x).
7. Vorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, welche eine Fördervorrichtung (13) aufweist, mit dem die Messobjekte (9) hintereinander in einem kontinuierlichen oder quasi-kontinuierlichen Prozess durch den Probenraum (11) der Spuleneinrichtung (3) hindurch transportiert werden können. 7. Device (1) according to one of the preceding claims, which has a conveying device (13), with which the measuring objects (9) are successively transported in a continuous or quasi-continuous process through the sample space (11) of the coil means (3) can.
8. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welche wenigstens ein Haltemittel, insbesondere ein Haltekis¬ sen (21) aufweist, um das jeweils zu vermessende Objekt (9) im Bereich des Probenraums (11) mechanisch festzuhalten. 8. Device (1) according to one of the preceding claims, which at least one holding means, in particular a Haltekis ¬ sen (21), in order to mechanically hold the respectively to be measured object (9) in the region of the sample space (11).
9. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher die supraleitende Spulenwicklung einen oxidischen Hochtemperatursupraleiter und/oder Magnesiumdiborid als Lei- termaterial enthält. 9. Device (1) according to one of the preceding claims, in which the superconducting coil winding contains a high-temperature oxide superconductor and / or magnesium diboride as conductor material.
10. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Kühlvorrichtung (7) eine Kältemaschine (23) mit einem wärmeleitend an die supraleitende Spulenwicklung ange- koppelten Kaltkopf (25) aufweist, wobei die Kältemaschine10. Device (1) according to one of the preceding claims, wherein the cooling device (7) has a chiller (23) with a thermally conductive coupled to the superconducting coil winding cold head (25), wherein the chiller
(23) dazu ausgelegt ist, mit einem geschlossenen Kühlmittel¬ kreislauf betrieben zu werden. (23) is designed to be operated with a closed coolant ¬ circulation.
11. Verwendung einer Vorrichtung (1) nach einer der vorstehenden Ansprüche zur Sicherheitskontrolle, wobei die Messob¬ jekte (9) eine Mehrzahl von Transportgütern (9a) und/oder Personen (9b) sind, die im Hinblick auf das Vorhandensein von vordefinierten Arten von Gefahrstoffen untersucht werden. 11. Use of a device (1) according to one of the preceding claims for security control, wherein the Messob ¬ projects (9) are a plurality of transported goods (9a) and / or persons (9b), in view of the presence of predefined types of Hazardous substances.
12. Verfahren zur Sicherheitskontrolle mit einer Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, 12. A security control method with a device (1) according to one of claims 1 to 10,
bei dem in which
- eine Mehrzahl von Messobjekten (9) in Form von Personen (9b) und/oder Transportgütern (9a) hintereinander durch den Probenraum (11) der Vorrichtung (1) laufen oder transportiert werden  - Run a plurality of measuring objects (9) in the form of persons (9b) and / or transported goods (9a) in succession through the sample space (11) of the device (1) or transported
- und an den jeweiligen Messobjekten (9) mittels der Vorrichtung (1) Magnetresonanzsignale gemessen werden, - and at the respective measuring objects (9) by means of the device (1) magnetic resonance signals are measured,
- wobei aus der Art der gemessenen Magnetresonanzsignale auf das Vorliegen oder Nicht-Vorliegen von vordefinierten Arten von Gefahrstoffen geschlossen wird.  - It is concluded from the nature of the measured magnetic resonance signals on the presence or absence of predefined types of hazardous substances.
13. Verfahren nach Anspruch 12, 13. The method according to claim 12,
- bei dem durch Fourier-Analyse der Frequenzanteile eines mittels der Vorrichtung (1) gemessenen freien Induktionszerfalls ein Magnetresonanz-Spektrum ermittelt wird,  in which a magnetic resonance spectrum is determined by Fourier analysis of the frequency components of a free induction decay measured by means of the device (1),
- und bei dem dieses Magnetresonanz-Spektrum mit Spektren bekannter Materialien verglichen wird, wobei aus dem Vergleich der Spektren auf das Vorliegen oder Nicht-Vorliegen von vordefinierten Arten von Gefahrstoffen geschlossen wird. - And in which this magnetic resonance spectrum is compared with spectra of known materials, which is concluded from the comparison of the spectra on the presence or absence of predefined types of hazardous substances.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 oder 13, bei dem die Magnetresonanzsignale durch eine Doppelresonanz-Messung erhalten werden. 14. The method according to any one of claims 12 or 13, wherein the magnetic resonance signals are obtained by a double resonance measurement.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, bei dem ei- ne ortsaufgelöste Messung der Magnetresonanzsignale erfolgt, indem mittels wenigstens einer Gradientenspule verschiedene Orte innerhalb des Probenraums nacheinander in magnetische Resonanz mit einem anregenden Hochfrequenz -Feld gebracht wer¬ den . 15. Method according to one of claims 12 to 14, in which a spatially resolved measurement of the magnetic resonance signals takes place, by means of at least one gradient coil, different locations within the sample space successively into magnetic fields Resonance brought with an exciting high-frequency field who ¬ .
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07198636A (en) * 1993-12-29 1995-08-01 Yamamoto Mfg Co Ltd Device for evaluating quality of fruit
JP2000004708A (en) * 1998-06-23 2000-01-11 Kobe Steel Ltd Device for distinguishing male and female of fish
US20110112395A1 (en) * 2008-07-08 2011-05-12 Kyushu University Measurement device and measurement method
GB2517654A (en) * 1989-06-21 2015-03-04 Marconi Uk Intellectual Prop Inspection Apparatus
WO2015189786A1 (en) * 2014-06-11 2015-12-17 Victoria Link Ltd Transportable magnetic resonance imaging system

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19813211C2 (en) * 1998-03-25 2000-05-18 Siemens Ag Superconducting device with conductors made of high-T¶c¶ superconducting material

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2517654A (en) * 1989-06-21 2015-03-04 Marconi Uk Intellectual Prop Inspection Apparatus
JPH07198636A (en) * 1993-12-29 1995-08-01 Yamamoto Mfg Co Ltd Device for evaluating quality of fruit
JP2000004708A (en) * 1998-06-23 2000-01-11 Kobe Steel Ltd Device for distinguishing male and female of fish
US20110112395A1 (en) * 2008-07-08 2011-05-12 Kyushu University Measurement device and measurement method
WO2015189786A1 (en) * 2014-06-11 2015-12-17 Victoria Link Ltd Transportable magnetic resonance imaging system

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ANONYMOUS: "Supraleitung mittels mechanischer Kühlung", 21 October 2013 (2013-10-21), Internet, pages 1 - 2, XP055349838, Retrieved from the Internet <URL:http://www.pro-physik.de/details/news/5393301/Supraleitung_mittels_mechanischer_Kuehlung.html> [retrieved on 20170227] *
J. D. KING ET AL: "Development and evaluation of magnetic resonance technologies, particularly NMR, for detection of explosives", APPLIED MAGNETIC RESONANCE, vol. 25, no. 3-4, 1 September 2004 (2004-09-01), pages 535 - 565, XP055176704, ISSN: 0937-9347, DOI: 10.1007/BF03166547 *

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