FI88077C - Med skyddsanordning foersedd magnetanordning foer kaernspinn-tomografi-anlaeggning - Google Patents

Description

1 88077

Ydinspin-tomografia-laitteiston magneettilaite, jossa on suojalaite

Keksintö kohdistuu ydinspinin tomografialaitteis-5 ton magneettilaitteeseen, jossa on useita magneettikääme-jä, jotka ympäröivät tutkittavan kappaleen vastaanottamiseksi sopivaa sisätilaa ja tässä tuottavat ainakin laajalti homogeenisen magneettikentän, ja jossa on käämejä ympäröivä sylinterin muotoinen, ferromagneettisesta ma-10 teriaalista muodostuva suojalaite, jossa on ainakin laajalti sylinterin vaipan muotoinen rakenneosa, jossa on keskeinen aukko, jonka säde sylinterin akselin suhteen on edeltä käsin määrätty. Tällainen magneettilaite on tunnettu julkaisusta EP-67 933.

15 Mekaanisen diagnostiikan alueella on kehitetty ku van muodostavia menetelmiä, joissa konstruoidaan ytimien kuten esim. protonien integraalisten resonanssisignaalien laskennallisten tai mittateknisten analyysien avulla tutkittavan tilaa koskevasta spinin tiheydestä ja/tai relak-20 saatiojakautumasta kuva, joka on samanlainen kuin röntgen- tomogrammi. Vastaavaa menetelmää nimitetään alnematogra-fiäksi ("Nature", Voi. 242, 1973, sivut 190 ja 191).

Koska tunnetusti ydinresonanssisignaall kasvaa magneettisen peruskentän kasvaessa, pyritään ydinspinin tomo-25 grafialaitoksia varten (Nuclear-Macnetic-Resonance-lait teistot) mahdollisimman voimakkaaseen peruskenttään, jossa mitta-alueella on riittävä homogeenisuus. Tämän peruskentän kanssa interferoivat stationäärlset tai pulssltetut gradienttikentät. Lisäksi täytyy olla peruskentän suhteen 30 orientoitu korkeataajuuskenttä. Vastaavien, magneettikää- mijärjestelyn muodostavien käämien mitoitukset on tällöin sovitettava tutkittavan kappaleen mittoihin, että tämä voidaan työntää mitta-alueelle käämien ympäröimän sisätilan sisäpuolelle ilman muuta.

35 Tällaisen magneettikäämijärjestelyn voimakkaan mag- 2 88077 neettikentän tulee sijalta kuitenkin olennaisesti vain mitta-alueella, mutta mahdollisimman vähän hajakentän muodossa levitä laitteen ympäristöön, missä se esim. voi johtaa häiriöihin määrätyissä sähköisissä laitteissa tai myös 5 aiheuttaa ei-toivottua voimavaikutusta ferromagneettisiin, liikkuviin osiin. Sen vuoksi ovat erityiset suojalaitteet tarpeelliset, jotta pienennettäisiin hajakenttää magneet-tipuolajärjestelyn ulkopuolella.

Vastaava suojalaite käy selville jo mainitusta jul-10 kaistusta EP-67 933 AI. Tämä laite, joka ympäröi magneet-tikäämijärjestelyä, jossa on sylinterin muotoinen, normaalisti johtava kenttäkäämi, sisältää käämiä ympäröivän suljetun, raudasta muodostuvan sylinterivaipan. Tämän sylin-terivaipan otsasivuille on kiinnitetty rengaslevyjä rau-15 dasta, joissa on renkaan muotoiset keskeiset aukot ja joiden halkaisija on olennaisesti tutkittavan kappaleen mittojen ja magneettikentän vaaditun homogeenisuuden määrittelemä. Lisäksi on tämän näin muodostetun suojalaitteen sisäsivulle jäykästi kiinnitetty magneettikäämijärjestely. 20 Koska tunnetussa suojalaitteessa on suljettu sy linteri vaippa, voidaan käyttää ainoastaan normaalisti johtavia, mutta ei superjohtavia magneetteja. Tällaisissa suprajohtavissa magneeteissa nimittäin ovat tarpeen sivut-taiset aukot kuten esim. niinkutsuttu tarpeellisen kryos-25 taatin torni samoin kuin pumppaustuki. Lisäksi tässä laitteessa ei ole magneettikäämien säätämismahdollisuutta gra-dienttivirheiden korjaamiseksi.

Esillä olevan keksinnön tehtävänä on sen vuoksi parantaa mainittua magneettilaitetta, jossa on suojalaite, 30 siten, että mainitut vaikeudet vähintään laajalti poistetaan, jolloin mitta-alueelle tulee saada jäämään riittävän korkea kenttähomogeenisuus.

Tämä tehtävä ratkaistaan keksinnön mukaisesti siten, että suojalaitteen likimain sylinterin vaipan muoto!-35 sena rakennusosana on muodostettu vähintään neljä raken-

I I

3 8S077 teeltaan samanlaista, kehän suunnassa yhteiselle sylinte-rivaippapinnalle säännöllisesti jaetusti sovitettua palk-kimaista suojaelementtiä, jolloin vierekkäisten suojaele-menttien välissä on sellainen selvä välitila, että suoja-5 laite muodostaa magneettisen häkin.

Keksintö perustuu tietouteen, että hajakentän tehokkaaseen pienentämiseen magneettikäämilaitteen ulkopuolella riittää, että keskitetään tunnetun sylinterin muotoisen rakennusosan ferromagneettinen poikkileikkaus vä-10 hintään neljään yksittäiseen palkkimaiseen suojaelement-tiin. Näin vierekkäisten suojaelementtien väliin muodostettujen välitilojen perusteella on annettu hyvä sivutta!-nen pääsy magneettlkäämilaitteeseen ja riittävästi tilaa sivuttaisesti ulos pistäviä kryostaattiosia varten. Näin 15 saatuun jäykkään varustukseen palkkimaisista suojaelemen- teistä ja otsapuolisista levyn muotoisista rakennusosista on ripustettavissa tai sovitettavissa magneettikäämilaite, jolloin voidaan suorittaa säätäminen suhteellisen yksinkertaisella tavalla.

20 Keksinnön mukaisen magneettijärjestelyn edulliset sovellutukset käyvät selville alivaatimuksista.

Ydinspin-tomografialaitteistoissa, joita varten keksinnön mukainen magneettilaite on muodostettu, lähdetään tunnetuista ydinspin-tomografialaitteista (vrt. esim.

: 25 julkaisu EP 21 535 tai DE-OS 29 21 252). Tällaisessa laitteessa on yleensä magneettilaite, jossa on normaalijohta-vien tai suprajohtavien kenttäkäämien järjestely, joilla saadaan esiin voimakas, mahdollisimman homogeeninen perus-kenttä keskeisellä mitta-alueella.

30 Seuraavassa keksintöä selitetään seikkaperäisemmin viittaamalla oheistettuun piirustukseen, jossa kuviot 1-3 esittävät keksinnön mukaisen magneet-tilaitteen erästä suoritusmuotoa kaavamaisesti viistokuva-na, osittaisena poikkileikkauksena ja pituusleikkauksena, 7 35 Ja 4 8S077 kuviot 4-6 esittävät vastaavassa kuvauksessa suojalaitteen toista suoritusmuotoa.

Kuvioissa 2 ja 3 on esitetty ainoastaan magneetti-laitteen suojalaite. Tässä yleisesti viitenumerolla 2 esi-5 tetyssä laitteessa on edullisesti suprajohtava magneetti-käämi järjestely, jonka tulee sijaita kryostaatin 3 sisäpuolella. Magneettikäämijärjestely ja kryostaatti 3 sallivat aksiaalisen sisäänpääsyn homogeeniselle kenttäalueelle keskustassaan, ts. tutkittava kappale kiinnitetään akselia 10 A pitkin magneettikenttään.

Homogeenisen kenttäalueen keskustassa pyritään 0,1 - 2 teslan sähkövuon tiheyteen. Magneettikäämit aiheuttavat siten huomattavan hajakentän laitteen ulkopuolelle, jos ei ole ryhdytty erityisiin toimenpiteisiin ha-15 jakentän pienentämiseksi. Suhteellisten lyhyiden magneet- _3 tien hajakenttä vähenee r -säännöllä, jos se voi levitä häiriöttä ilmassa. Tällöin virtausviivat yhdistävät pitkillä aalloilla ulkotilan kautta ulosmenokohdat molemmista magneettien navoista. Nämä virtausviivat voidaan nyt van-20 gita sisäänjohtamalla erityisiin ferromagneettisiin rakenteisiin, missä ne keskittyvät noin 1 - 1,5 teslan sähkö-vuotiheyksiin, niin, että näiden rakenteiden ulkopuolella hajakenttä selvästi on vähentynyt.

. . Tätä vastaavasti on keksinnön mukainen magneetti- 25 laite varustettu erityisellä ferromagneettisesta materiaalista muodostuvalla suojalaitteella 4. Kenttämuodostus tapahtuu tällöin olennaisesti ferromagneettisen materiaalin ääriviivojen kautta magneettisen vuon sisään- ja ulosmeno-kohdissa, siis pääasiallisesti vuon takaisinjohtamisen 30 päiden muodon kautta. Jotta tässä tultaisiin lähelle ideaalista sylinterisymmetristä muotoa, on suprajohtavan mag-neettikäämijärjestelyn tai sitä ympäröivien kryostaattien 3 etusivuille muodostettu päätenapoina massiiviset levyt 6 ja 7, joissa on kussakin pyöreä keskeinen poraus 8, johon 35 pituussuunnassa, ts. akselin A suuntaisesti kulkevat pal- 5 88077 kin muotoiset suojaelementit 10 - 13 avautuvat. Näillä elementeillä on sama muoto ja ne ovat alakkain säännöllisesti jaettuina kuvitellulle sylinterinvaippapinnalle, joka on merkitty katkoviivalla 15 ja sovitettu samankeskisesti 5 akselin A ympärille.

Tasasivuisena 8-kulmiona muodostetuissa päätele-vyissä 6 ja 7 olevan keskeisen porauksen 8 säde re on valittu niin, että yhtäältä sallitaan riittävä sisäänpääsy magneettilaitteen sisälle ja toisaalta kenttävirhe hyöty-10 tilavuudessa tulisi käämin keskustan ympärillä minimaali seksi. Se on todettavissa kokeilla suhteellisen yksinkertaisesti. Magneettikentän hienokorjaarnista varten voidaan tätä sädettä myös vielä sisäänpannuilla renkailla tai ferromagneettisesta materiaalista muodostuvilla levyillä, 15 niinkutsutuilla välirenkailla 16 pienentää.

Palkin muotoiset suojaelementit 10 - 13 ja päätele-vyt 6 ja 7 muodostavat jäykän, itsekantavan varustuksen, johon on edullisesti säädettävästi ripustettu magneetti-käämi järjestely kuvioissa esittämättä jätettyihin säätö-20 elementteihin. Sen ohella on myös mahdollista sovittaa magneettikäämit omalle perusrungolleen säädettävästi. Kolmella translaatio- ja kahdella kääntövapausasteella voidaan tällöin säätämällä käämijärjestelyä tai näiden käämejä rungon suhteen poistaa viisi kenttävirhetermiä.

. . 25 (X-Y-Z-gradientti, toisen asteen kaksi virhettä).

Koska ydinspin-tomografian tarkoituksiin on riittävää jakaa virran takaisinjohtamista varten tarvittava - poikkileikkaus ferromagneettisen materiaalin viereen, 2 esim. 0,8 m :stä 1-tesla-magneettikäämijärjestelyssä nel-30 jälle symmetrisesti sovitetulle palkin muotoiselle suoja-elementille, saadaan palkkien 10 - 13 väliin edullisesti suhteellisen suuri välitila, joka on käytettävissä kryos-taatin 3 tornia 17 varten. Koska lisäksi palkkien tarvittava rautapoikkileikkaus voidaan kiinnittää leveinä, sä-35 teittäisesti vähemmän esille tulevina elementteinä, on 6 88077 magneettiakselin A ja magneettilaitetta 2 kantavan pohjan välinen etäisyys pidettävissä vastaavasti pienempänä. Lisäksi on mahdollistettu suhteellisen yksinkertainen valmistus, asennus ja säätö.

5 Palkin muotoisilla suojaelementeillä voi olla mie livaltainen poikkileikkausmuoto, esim. kuvioiden 1-3 mukaisesti suorakulmainen. Edullisesti kuitenkin neljällä palkin muotoisella suojaelementillä on vähintään likimain suorakulmaisen kolmikulmion poikki leikkausmuoto. Vastaavan 10 suojalaitteen sovellutusesimerkki keksinnön mukaista eräs tä magneettilaitetta varten käy selville kuvioista 4 -6, jolloin kuvioita 1 ja 2 vastaavasti kuviossa 4 on esitetty viistokuva, kuviossa 5 osittainen poikkileikkaus ja kuviossa 6 pituusleikkaus, Kuvioita 1-3 vastaavat osat on 15 tällöin varustettu samoilla viitemerkeillä.

Kuvioissa 4-6 esitetty magneettilaitteen 20 suojalaite 19 sisältää siten neljä palkin muotoista suoja-elementtiä 22 - 25, joilla on suunnilleen kolmikulmion muotoinen poikkileikkaus. Yhdessä suunnilleen neliömäis-20 ten päätelevyjen 27 ja 28 kanssa ne voidaan asentaa ta-kaisinjohtamiseen, jonka poikkimitat 1-tesla-magneettijärjestelyn tapauksessa tuskin on suurempi kuin magneettikää-mijärjestelyn tai kryostaatin 3 ulkohalkaisija.

Poiketen kuvioissa esitetyistä palkin muotoisten 25 suojaelementtien 10 - 13 tai 22 - 25 kuvauksista voidaan jokainen pitkittäispalkki yksittäiskappalepainon pienentämiseksi koota myös useista yhdensuuntaisista yksittäispal-keista. Erityisesti tällöin voidaan lähestyä kolmikulmio-palkkimuotoa pienempien suorakulmiopoikkileikkausten jou- 30 kon kautta.

Konkreettisena sovellutusesimerkkinä voidaan kuvioissa 4-6 esitetty suojalaite 19 muodostaa tunnettuja suprajohtavia 1-tesla-magneetteja varten, jonka kryostaatin 3 tyhjötankissa on 210 cm maksimaalinen laippahalkai-.. 35 sija ja 225 cm maksiaalinen aksiaalinen pituus. Suoja- 7 83077 laitteen 19 raudan ja kryostaatin 3 väliin jää joka puolelle 30 mm vapaa tila, erityisesti säätämistä varten. Molemmissa päätelevyissä 27 Ja 28 on sen vuoksi noin 220 cm poikkimitat q, ja neljän kolmikulmiopalkin 22 - 25 ak- 5 siaalinen pituus L on suunnilleen 230 cm. 1-teslaa varten 2 tarvittava 0,84 m :n rautapoikkileikkaus on jaettu neljälle kolmikulmiopalkille 22 - 25 yhdenmukaisesti. Jokaisen palkin 22 - 25 kolmikulmiopoikkileikkauksen molemmissa haaroissa on tällöin kulloinkin 65 cm pituus 1. Molemmat 10 päätelevyt 27 ja 28, joiden aksiaalinen enimmäisulottuma on 15 cm, on varustettu kulloinkin keskeisellä aukolla 8, jonka säde on suunnilleen 85 cm suuri. Hienosäätöä varten on muodostettu vielä välikerenkaita 16, jotka pienentävät tämän säteen noin 82 cm:n säteeseen re· Suojalaitteen 19 15 osat voidaan valmistaa valuteräksestä tai suhteellisen yksinkertaisista rautalaaduista, korkeampiarvoiset rautalaa-dut kuten esim. muuntajalevyt eivät käytännössä aikaansaa parannuksia kentän laadussa eikä hajakentässä. Tämän suojalaitteen suojatekijä (kenttä ilman rautaa/kenttä raudan 20 kanssa) on 4 - 5.

Claims (6)

8 83077

1. Ydinspin-tomografia-laitteiston magneettilaite (2), jossa on useita magneettikäämejä, jotka ympäröivät 5 tutkittavan kappaleen vastaanottamiseksi sopivaa sisätilaa ja tuottavat siihen ydinspin-tomografiaa varten riittävän homogeenisen magneettikentän, ja jossa on käämejä ympäröivä, sylinterin muotoinen, ferromagneettisesta materiaalista muodostuva suojalaite (4, 19), jossa on ainakin laajal-10 ti sylinterin vaipan muotoinen rakenneosa ja tämän molemmissa otsapuoleisissa päissä levyn muotoinen rakenneosa (6, 7; 27, 28), jossa on keskeinen aukko (8), jolla on etukäteen määrätty säde (r ) sylinterin akselin (A) suh- G teen, tunnettu siitä, että suojalaitteen (4, 19) 15 likimainen sylinterin vaipan muotoisena rakenneosana on muodostettu vähintään neljä rakenteeltaan samanlaista, kehän suunnassa yhteiselle sylinterivaippapinnalle (15) säännöllisesti jaetusti sovitettua palkkimaista suojaele-menttiä (10 - 13; 22 - 25), jolloin vierekkäisten suoja-20 elementtien (10 - 13; 22 - 25) välissä on sellainen selvä välitila, että suojalaite muodostaa magneettisen häkin.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen magneettilaite, tunnettu siitä, että palkin muotoisilla suojaele-menteillä (10 - 13) on suorakulmainen poikkileikkausmuoto.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen magneettilaite, tunnettu siitä, että palkin muotoisilla suojaele-menteillä (22 - 25) on kolmikulmion muotoiset poikkileikkaukset.

4. Jonkin patenttivaatimuksista 1-3 mukainen . 30 magneettilaite, tunnettu siitä, että suojalaitteen (4, 19) levyn muotoisissa rakenneosissa (päätelevyt 6, 7; 27, 28) on keskeiset aukot (8), joiden säde (r ) on si-säänpannuilla renkailla (välirenkaat 16) pienennetty etukäteen määrättyyn arvoon. : 35 9 83077

5. Jonkin patenttivaatimuksista 1-4 mukainen magneettilaite, tunnettu suprajohtavista magneet-tikäämeistä kryostaatin (3) sisällä, joka on suojalaitteen (4, 19) ympäröimä.

6. Jonkin patenttivaatimuksista 1-5 mukainen magneettilaite, tunnettu siitä, että suojalaite (4, 19) samalla toimii mekaanisena pitimenä magneettikää-mejä varten. 10 88077