FI95624B

FI95624B - Itsesuojatut gradienttikelat ydinmagneettista resonanssikuvausta varten

Info

Publication number: FI95624B
Application number: FI870009A
Authority: FI
Inventors: Peter Bernard Roemer; John Smith Hickey
Original assignee: Gen Electric
Priority date: 1986-02-06
Filing date: 1987-01-02
Publication date: 1995-11-15
Also published as: FI870009A0; DE3752332D1; JPH07114765B2; FI95624C; US4737716B1; EP0231879A2; FI870009A; EP0231879B1; IL80813A; EP0749017A1; IL80813A0; EP0231879A3; KR900000844B1; US4737716A; JPS62194842A; KR870007686A; DE3752332T2

Description

1 95624

Itsesuojatut gradienttikelat ydinmagneettista resonanssi-kuvausta varten

Keksintö koskee kelajärjestelmää halutun magneet-5 tikentän tuottamiseksi, magneettiresonanssijärjestelmää sekä menetelmää gradientin tuottavan elementin indusoimi-en pyörrevirtojen vaimentamiseksi.

Esillä oleva keksintö liittyy yleisesti kelajär-jestelmään, joka tuottaa magneettiresonanssikuvauksessa 10 ja spektroskopiassa käytetyn gradienttimagneettikentän ja erityisesti kelajärjestelmään sellaisen magneettikentän tuottamiseksi, jolla on lineaarinen gradientti kelajärjestelmän sisällä ja jonka arvo on oleellisesti nolla kelajärjestelmän ulkopuolella.

15 Magneettiresonanssikuvausjärjestelmät (MR) on vii me aikoina otettu käyttöön muodostamaan tomografisia kuvia ihmisen sisäanatomiasta. Tällaisissa järjestelmissä potilas asetetaan staattiseen magneettikenttään ja altistetaan radiotaajuisille sähkömagneettisille pulsseille.

20 Potilaan atomiytimien magneettinen resonanssi ilmaistaan antennilla, jotta aikaansaadaan informaatiota, josta voidaan muodostaa kuva siitä potilaan osasta, joka sisältää näitä ytimiä. Magneettikenttä käsittää lineaariset gra-dientit kaikissa kolmessa avaruusdimensiossa, niin että 25 resonoivan ytimen paikka voidaan määrittää. Näitä samoja ilmiöitä käytetään magneettiresonanssispektroskopiassa ytimien ominaisuuksien analysointiin.

Tyypillisesti päämagneetti muodostaa tasaisen, suurivoimakkuuksisen magneettikentän ja lineaariset gra-30 dientit lisätään tämän magneettikentän päälle gradient-tikeloilla, jotka on sijoitettu päämagneetin sisäosaan. Päämagneetti voi koostua suprajohtavasta kelasta, resis-tiivisestä kelasta tai ryhmästä kiinteitä magneetteja. Gradienttikela voi muodostua käämeistä, jotka on syövy-35 tetty taipuisalle piirilevylle, joka on taivutettu sylinterin muotoon tai se voi muodostua johtimista, joita pi- 2 95624 detään kehyksen avulla niiden oikeissa paikoissa.

Päämagneetin sisäseinän tuominen lähelle kuvausti-lavuutta, ja siten lähelle gradienttikeloja, lisää magneetin hyötysuhdetta materiaalin määrän, kustannusten ja, 5 lukuun ottamatta kiinteitä magneetteja, tehonkulutuksen muodossa. Kuitenkin se, että magneetti on hyvin lähellä gradienttikeloja, johtaa ei-toivottuihin vuorovaikutuksiin niiden välillä.

Esimerkiksi, kun päämagneetti sisältää sähköisesti 10 johtavaa materiaalia (esim. neodyymistä valmistetut kiinteät magneetit tai suprajohtavan magneetin kryostaatti), gradienttikelojen muuttuvat magneettikentät indusoivat virtoja johtavaan materiaaliin. Nämä virrat vääristävät kuvaustilavuudessa olevaa magneettikenttää sekä ajassa 15 että tilavuudessa. Lisäksi, kun käytetään kiinteitä magneetteja, pyörrevirrat kuluttavat tehoa, joka ilmenee lämpönä ja joka vääristää magneettikenttää jopa vieläkin enemmän. Ratkaisu, jossa sijoitetaan johtava suojus gradienttikelojen ja magneettien väliin, vain siirtää pyör-20 revirrat suojukseen ja siten gradienttikenttien vääristymät säilyvät.

Päämagneetin ja gradienttikelojen välinen magneettinen vuorovaikutus näkyy myös veto- ja poistovoimina, jotka luovat häiritsevää, korvinkuultavaa ääntä. Raken-25 teellisiä tukia, joilla on suuri lujuus ja jäykkyys, on otettu käyttöön yrityksissä alentaa gradienttikeloilta tulevaa kuultavaa ääntä, mutta rajoitetulla menestyksellä.

Tämän mukaisesti esillä olevan keksinnön periaatteellisena kohteena on vähentää magneettiresonanssiku-30 vausjärjestelmän päämagneetin ja gradienttikelojen välis-tä vuorovaikutusta.

Esillä olevan keksinnön toisena kohteena on aikaansaada kelajärjestelmä sellaisen magneettikentän tuottamiseksi, jolla on oleellisesti lineaarinen gradientti 35 kelajärjestelmän sisällä ja jolla on oleellisesti nollan suuruinen arvo kelajärjestelmän ulkopuolella.

3 95624

Keksinnön lisäkohteena on käytännöllisellä tavalla eliminoida päämagneetista virrat, jotka gradienttikelojen magneettikentät indusoivat.

Keksinnön vielä eräänä kohteena on pienentää ydin-5 magneettisen resonanssikuvausjärjestelmän gradienttike-loilta tulevaa, korvinkuultavaa ääntä.

Nämä ja muut tavoitteet saavutetaan magneettikentän tuottavassa kelajärjestelmässä, joka käsittää ensimmäisen ja toisen kelan. Ensimmäinen kela on sovitettu 10 olemaan kytketty virtalähteeseen ensimmäisen pintavirran aikaansaamiseksi ensimmäisen sylinterin pinnalle, jolla on säde r^ ja aksiaalinen pituus z^. Toinen kela on sovitettu olemaan kytketty virtalähteeseen toisen pintavirran aikaansaamiseksi toisen sylinterin pinnalle, joka on 15 oleellisesti samanakselinen ensimmäisen sylinterin kanssa ja jolla on säde rQ, joka on suurempi kuin r^, ja aksiaalinen pituus z0. Ensimmäinen ja toinen pintavirta on sovitettu aikaansaamaan magneettikenttä, jolla on ennalta määrätty gradientti ennalta määrätyssä dimensiossa ja 20 oleellisesti vakioarvo kahden muun dimension yli tilavuudessa, jonka ensimmäinen kela ympäröi ja jolla on oleellisesti nollan suuruinen arvo toisen kelan ulkopuolella olevassa tilavuudessa.

. Keksintö koskee lisäksi magneettiresonanssijärjes- 25 telmää, jolle on tunnusmerkillistä, että siinä on päämagneetti päämagneettikentän muodostamiseksi kohteen ympärille, tutkimusväline kohteen ydinten virittämiseksi, ilmaisuväline viritettyjen ydinten lähettämän 30 energian havaitsemiseksi, ja kelajärjestelmä ajallisesti muuttuvan gradientin muodostamiseksi suhteessa päämagneettikenttään, joka kela jär jestelmä käsittää ainakin ensimmäisen kelan, joka on tarkoitettu kytkettäväksi virtalähteeseen ensimmäisen 35 ajallisesti muuttuvan gradienttimagneettikentän muodosta miseksi ensimmäisestä virran avaruusjakaumasta ensimmäi- 4 95624 sellä pinnalla, ja ainakin toisen kelan, joka on tarkoitettu kytkettäväksi virtalähteeseen toisen ajallisesti muuttuvan gradi-enttimagneettikentän muodostamiseksi toisesta virran ava-5 ruusjakaumasta toisella pinnalla, jolloin ensimmäisen ja toisen avaruusvirtajakauman yhteisvaikutuksesta muodostuvalla ajallisesti muuttuvalla gradienttimagneettikentällä kokonaisuudessaan on ennalta määrätty ajallisesti muuttuva gradientti ennalta määrätyssä yksittäisessä suunnassa en-10 naita määrätyllä alueella kelajärjestelmän sisäpuolella ja olennaisesti nolla-arvo kelajärjestelmän ulkopuolella.

Keksintö koskee edelleen menetelmää sähkömagneettisen ajallisesti muuttuvan, gradientin tuottavan elementin indusoimien pyörrevirtojen vaimentamiseksi. Keksin-15 nölliselle menetelmälle on tunnusmerkillistä se, että se käsittää vaiheen jossa aktiivinen sähkömagneettinen suoja sijoitetaan gradientin tuottavan elementin ympärille, jolloin suojalla on ajallisesti muuttuva gradientti, ja aktiivisuojaelementtiä käytetään virralla, jolloin suojan 20 ajallisesti muuttuva gradientti sopii yhteen elementin ajallisesti muuttuvan gradientin kanssa ja siten minimoi aktiivisuojan ulkopuolella olevan kentän.

Keksinnön uudet piirteet on esitetty yksityiskohtaisesti oheisissa patenttivaatimuksissa. Itse keksintö, « 25 organisaationa ja toimintamenetelmänä, yhdessä sen lisä kohteiden ja etujen kanssa, voidaan kuitenkin parhaiten ymmärtää tutustumalla seuraavaan selitykseen, joka tehdään yhdessä oheisten piirrosten kanssa, joissa:

Kuvio IA on perspektiivikuva piirilevyllä olevasta 30 yksittäisestä kelasta gradienttikentän tuottamiseksi.

Kuvio IB on kaavio kuvion IA kelasta, joka on avattu käämien rakenteen esittämiseksi.

Kuvio 2A on poikkileikkauskuva kuvion IA kelasta.

Kuvio 2B on poikkileikkauskuva esillä olevan kek-35 sinnön mukaisesta kelajärjestelmästä.

Kuvio 3 on käämikuvio tavanomaista gradienttikelaa varten.

li 5 95624

Kuvio 4 on sellaisen suojauskelan käämikuvio, joka on tarkoitettu käytettäväksi kuvion 3 kuvion kanssa.

Kuvio 5 on kaavio kuvion 2B sisemmän kelan osan esimerkinomaisesta käämirakenteesta.

5 Kuvio 6 on kaavio kuvion 2B ulomman kelan osan käämirakenteesta siten, että ulkopuolinen kenttä on 0, kun sitä käytetään kuvion 5 käämirakenteen kanssa.

Kuvio 7 on poikkileikkauskuva keksintöä käyttävästä magneettiresonanssijärjestelmästä.

10 Kuvio 8 on virtaviivakuva z-gradienttikelaryhmän sisempää kelaa varten.

Kuvio 9 on virtaviivakuva ulompaa kelaa varten vastaten kuvion 8 sisemmän kelan kuvaa.

Kuviot 10-13 ovat gradienttikelojen magneettikent-15 tien kuvia, jotka esittävät parannuksen, joka saavutetaan käyttämällä suojauskeloja.

Nyt viitataan piirroksiin, joissa kuvion IA esittää sylinterin muotoisen gradienttikelan 10, jolla on pituus L ja keskiakseli A, gradienttimagneettikentän tuot-20 tamiseksi sen sisälle. Kolme avaruusdimensiota x, y ja z on esitetty ulottumaan origosta O ja kun z-koordinaatti ulottuu akselin A kanssa samansuuntaisena, ulottuu x-koor-dinaatti vaakasuorassa ja y-koordinaatti pystysuunnassa.

On esitetty myös sylinterikoordinaatit r, e ja z, jotka 25 voidaan määrittää x:n, y:n ja z:n avulla seuraavasti: • 2 2 h z = z, r = (X + y ) ja e = arc tan (y/x). Koordinaatti järjestelmät määrittävät pisteet sylinterimäisel-lä kelalla 10, sen sisäpuolella tai sen ulkopuolella.

Kelan 10 käämitykset voivat olla muodostettu tai-30 puisalle painopiirilevylle 11, kuten on esitetty kuviossa IB. Käämit 12a-12d (joihin on viitattu myös sormen-jälkinä) on syövytetty levylle 11 ja niillä on rakenne, joka aikaansaa halutun gradienttimagneettikentän, kun levy 11 taivutetaan sylinteriksi ja virta syötetään 35 käämeihin 12a-12d. Kuviossa IB esitetty käämikuvio (ts. pintavirrat) ovat sellaisen gradienttikelan mukaisia, 6 95624 joka on selostettu US-patenttihakemuksessa 548 174, Schenck et ai., otsikko "Transverse Gradient Field Coils for Nuclear Magnetic Resonance Imaging", jätetty 2.11.1983, ja jolla on yhteinen hakija ja joka täten ote-5 taan mukaan viitejulkaisuna. Taipuisien piirilevyjen syö-vytys on selostettu US-patenttihakemuksessa 795 024, Edelstein et ai., otsikko "Current Streamline Method for Coil Construktion", jätetty 4.11.1985, jolla on sama hakija ja joka täten otetaan mukaan viitejulkaisuna.

10 Sylinterimäinen kela 10 on esitetty poikkileik kauksena kuviossa 2A. Tässä tapauksessa pintavirrat on rajoitettu sylinteriin, jolla on säde r^. Halutun gra-dienttimagneettikentän määrittely kelan 10 sisäpuolelle alueella I ainutlaatuisesti määrää kelan 10 halutun pin-15 tavirtajakauman sekä arvoltaan nollasta poikkeavan magneettikentän kelan 10 ulkopuolelle alueelle II. Siten mikä tahansa alueella II oleva rakenne (esim. päämag-neetti) altistetaan ajassa muuttuvalle magneettikentälle kentältä 10, mikä siten indusoi pyörrevirtoja, jotka 20 puolestaan vääristävät gradienttia alueella I.

Esillä olevan keksinnön kelaryhmä on esitetty poikkileikkauksena kuviossa 2B. Ensimmäinen kela 20, jolla on säde r^, on samanakselinen toisen kelan 30 kanssa, jolla on säde rQ. Kelat 20 ja 30 on edullisesti 25 kytketty sarjaan siten, että yksi teholähde voi syöttää .* kumpaankin kelaan yhtä suuren virran. Ensimmäinen pinta- virta voi virrata kelassa 20 ja toinen pintavirta voi virrata kelassa 30. Tässä tapauksessa halutun gra-dienttimagneettikentän määrittely alueella I ei ainut-30 laatuisesti määritä kahta virtajakaumaa. On mahdollista määrätä lisäehto, että magneettikenttä on yhtä suuri • kuin nolla kaikkialla alueella III, missä tapauksessa

yhden pintavirran ja kelojen säteiden tekeminen kiinteiksi määrittää toisen pintavirran. Esimerkinomaisia 35 menetelmiä sellaisen sylinteripintavirtojen parin löytämiseksi, josta seuraa haluttu gradientti alueella I

II

7 95624 ja nollan suuruinen kenttä alueella III, tullaan kuvaamaan myöhemmin. Kuitenkin alan ammattimiehille tulee olemaan ilmeistä, että voidaan käyttää pintoja, jotka ovat muita kuin sylintereitä ja että käytössä voi olla 5 useampia kuin kaksi kelaa niin kauan kuin magneettikenttien summalla on haluttu gradientti sisäpuolella ja oleellisesti nollan suuruinen arvo kelaryhmän ulkopuolella.

Sopiva menetelmä gradienttikelan pintavirtojen se-10 lostamiseksi on käyttää apuna virtausfunktioita. Virtaus-funktio S kuvaa virtausta, jossa jokainen virtauksen alue on vapaa kaikista lähteistä tai nieluista (ts. pisteistä, joissa virtaus tuotetaan tai jossa se katoaa). Vakion S viivat ovat virtauksen kanssa samansuuntaisia 15 (esim. pintavirran J virtaus). Pintavirta J(z,0) liittyy virtausfunktion S(z,0) derivaattoihin ja yksikkö-vektoreihin z ja Θ seuraavalla tavalla: j(ζθ) = -(as/ z)θ + (i/r) (as/aΘ)z.

20

Virtausviivat (ts. vakion S viivat), jotka virtaus-funktiot synnyttävät, ovat joukko samankeskisiä suljettuja käyriä, jotka ovat pintavirran J ideaalinen esitys. Todellinen pintavirta johdetaan piirtämällä joukko vir-25 tausviivoja, jotka erotetaan ennalta määrätyllä, S:ssä olevalla askelkoolla, katkaisten kunkin suljetun käyrän yhdessä pisteessä ja liittäen kunkin käyrän viereisiin käyriin spiraalin muotoisen käämikuvion muodostamiseksi. Katkaisupisteet ovat edullisesti oleellisesti samansuun-30 täisiä siten, että johdin, joka on tuotu ulkopuolelta kelan sisään liittymään spiraalin muotoisen käämikuvion sisimpään osaan, voidaan sijoittaa samansuuntaiseksi järjestelyksi, joka oleellisesti poistaa virtausviivo-jen katkaisemisen vaikutukset.

35 Kuvio 3 on käämikuvio, joka on samanlainen kuin gradienttikelan käämikuvio, jota nykyisin käytetään 8 95624 kaupallisissa NMR-järjestelmissä x-suuntaisen tai y-suun-taisen gradientin aikaansaamiseksi. Piirros vastaa sormen-jälkeä, joka toistetaan neljä kertaa gradienttikelassa. Gradienttikelalla on pituus L ja säde r^. Kukin sormen-5 jälki kuljettaa virran I, sillä on N-kierrosta, sillä on z-suuntainen pituus L/2 ja sillä on korkeus Θ gradiaania suunnassa ‘it.

Kelaa, joka käyttää kuvion 3 käämikuviota, voidaan käyttää kuvion 2B sisempänä kelana 20. Tässä tapauksessa 10 ulkokelaa varten voidaan määrittää sellainen käämikuvio, että sisä- ja ulkokelojen magneettikenttien summa on yhtä suuri kuin oleellisesti lineaarinen gradienttikenttä alueella I ja oleellisesti nollan suuruinen alueella III.

Ensimmäinen vaihe halutun käämikuvion löytämiseksi 15 on kirjoittaa sisäkelan ennalta määrätty pintavirta vir-tausfunktion muodossa. Kuvion 3 esimerkille on virtaus-funktio S^: ( -4NI/L)z*sin0 |z| < L/4 20 S1(z,9)= (4NI/L)(z-L/2)sin0 L/4 < z < L/2 (4NI/L)(z+L/2) sin0 -L/2< z<-L/4 25

Sisäkelan virtausfunktion Fourier-hajottaminen antaa: /icL\ 30 Sx(z,Q) = f 16^5 sin(-^)--— sinOsin (kz) dk.

Jo nLk2 4 2

Sisä- ja ulkokelojen tuottamien magneettikenttien analyysi antaa seuraavan lausekkeen ulkokelan virtaus-35 funktiota S2» joka valitaan antamaan nollan suuruinen magneettikenttä alueella III: , 95624 sid—) c t ~ a\ _ rm 16NI „4 „ , kL \ ™2' Σί Ji _ o _ /, _x 5, [z, Θ) = / -- sin (——) - — —;- sinΘ sin (kz) dk,

Jo 1Lk2 4 2 J r„ Xl (icro) 5 missä on ensimmäisen tyyppinen modifioitu Bessel-funk-tio ja missä ' merkitsee derivaattaa suhteessa kokomuut-tujaan. Virtausfunktio S2 antaa äärettömän pituisen kuvion, kuitenkin virran tärkeys z:n arvoilla, jotka ovat 10 suurempia kuin sisäkelan pituus, vähenee nopeasti z:n kasvaessa. Yksi mahdollisuus saada äärellisen pituinen kela, on yksinkertaisesti katkaista kuvio. Toinen menetelmä, joka osittain kompensoi katkaisemisen vaikutukset, on pakottaa ulkokelaa vastaan kohtisuorassa oleva 15 magneettikenttä nollaksi yli kelan pituuden. Kun kelan pituutta kasvatetaan, tämä ehto aikaansaa käämikuvion, joka lähestyy S2:ta. Kuitenkin millä tahansa annetulla äärellisen pituisella kelalla tämä ehto tuottaa kelan, jolla on paremmat suojausominaisuudet kuin mitä S2:n 20 katkaiseminen tekisi.

Käämikuvio, joka vastaa funktiota S2, jota on muunnettu sillä ehdolla, että magneettikenttä, joka on kohtisuorassa ulkokelaa vastaan, pakotetaan nollaksi yli koko kelan pituuden, on esittty kuviossa 4. Ulkokelan sä-25 teen rQ suhde sisäkelan säteeseen r^ on noin 1,3.

Keksinnön toisessa näkökulmassa sisä- ja ulkokelo-jen käämikuviot voivat olla samanaikaisesti suunniteltu valitsemalla toiset virtausfunktiot kuvaamaan pintavir-toja. Esimerkinomainen virtausfuntio x-gradientti-30 tai y-gradienttisisäkelaa varten on:

N

Σ Ansin( Θ) sin( nzir/zi) |z|<zi S1(z,θ)= n=l 35 3a 0 \z\>z^ 95624 missä kertoimet An ovat optimointiparametrejä ja z^ on kelan pituuden puolikas. Samalla tavoin ulkokelan vir-tausfunktio S2 on:

5 M

l B sin( Θ) sin(mzir/z ) |zi<z m o o S2(z,0)= m=l ja 0 Iz l>20

10 L

missä B ovat optimointikertoimia ja z on ulkokelan katin o kaitsun pituuden puolikas. Näillä yleisemmässä muodossa olevilla virtausfunktioilla voidaan jatkaa sellaisten 15 virtausfunktiokertoimien löytämiseksi, jotka kuvaavat pintavirtoja, jotka tuottavat halutut magneettikentät.

Joukko avaruudessa olevia pisteitä valitaan ku-vaustilavuudessa lähellä origoa olevan gradienttimagneet-tikentän kuvauksena. Sen jälkeen kun on valittu sisäkelan 20 alkupituus 2 · z^ ja alkuryhmä kertoimia, joilla työskennellään, lasketaan kenttä kuvaustilavuuden kussakin pisteessä kullekin kertoimelle. Sitten kertoimia muutetaan, jotta minimoidaan halutun gradientin ja lasketun gradientin välisen eron neliöiden summa ja jotta ai-25 kaansaadaan sellainen suojaus, että kelaryhmän ulkopuolella oleva magneettikenttä on oleellisesti nolla. Iteroinnit tehdään kasvattamalla tai pienentämällä sisäkelan pituutta ja ottamalla mukaan pienempi tai suurempi määrä kertoimia, kunnes järkevä lineaarisuuden, virta-30 tiheyden tehovaatimusten ja kokonaispituuden yhdistelmä saavutetaan.

Yleensä on haluttua käyttää niin pientä kerroin-ryhmää kuin mahdollista ja niin pientä pituutta kuin mahdollista. Lyhyempi pituus häiritsee lineaarisuutta, 35 mutta alentaa magneettikenttään varastoitua energiaa. Suuremmasta kerroinryhmästä on seurauksena parantunut • 11 95624 lineaarisuus, mutta se myös kasvattaa varastoitua energiaa ja luo suurempia vaihteluita virran tiheyteen.

Kuviot 5 ja 6 esittävät käämikuvioita, jotka on johdettu tällä vaihtoehtoisella menetelmällä ja joita 5 käytetään syövyttämään sisä- ja vastaavasti ulkokelojen käämit x-gradientti- ja y-gradienttikelajärjestelmää varten. Keloja z-gradienttia varten voidaan käyttää samalla tavoin ja niillä voi olla muoto, joka voi olla johdettu yllä olevien menetelmien mukaisesti muuttamalle) la ratkaisuissa käytettyjen Bessel-funktioiden järjestystä nollajärjestykseen. Esimerkinomaisia virtauspiir-roksia tällaisen z-gradienttikelajärjestelmän sisä- ja ulkokeloja varten on esitetty kuviossa 8 ja vastaavasti kuviossa 9. Virtausviivat liitettäisiin yhteen muodos-15 tamaan jatkuva reitti, kuten aikaisemmissa esimerkeissä, muodostamaan haluttu käämikuvio.

Kuviot 10-13 ovat piirroksia vakiosuuruisen magneettikentän voimakkuuden viivoista, jotka tuotetaan erilaisilla, aikaisemmin kuvatuilla gradienttikeloilla, 20 kun ne varustetaan virralla. Piirrokset kuvaavat keksinnön kelaryhmän tehokkuutta magneettisen suojauksen aikaansaamisessa .

Kuvio 10 kuvaa yksittäisen x-gradientti- tai y-gradienttikelan, jolla on kuvion 3 käämikuvio, magneet-25 tikenttää. On ilmeistä, että merkittävä magneettikenttä ulottuu yli kaksi kertaa kelan säteen, joka on 0,33 m.

Kun toinen kela, jolla on 0,44 m:n säde ja kuvion 4 käämikuvio, lisätään, on seurauksena kuvion 11 magneettikenttä. Vertailun vuoksi sisä- ja ulkokelojen virrat 30 on säädetty antamaan sama gradienttikenttä lähelle origoa kuin oli kuviossa 10 esitetyssä tapauksessa. Vaikka • sisäkelan sisäpuolella on samanlainen magneettikenttä, ulkokelan ulkopuolella oleva magneettikenttä pienenee nopeasti nollaan, kun liikutaan säteittäisesti poispäin 35 kelaryhmästä.

„ «624

Kuviot 12 ja 13 esittävät samanlaiset tulokset z-gradienttikelajärjestelmälle. Yksittäinen z-gradient-tikela, jolla on tekniikan tason mukainen käämikuvio ja 0,33 m:n säde, tuottaa kuviossa 12 kuvatun magneettiken-5 tän. Kuvio 13 kuvaa magneettikenttää, joka on seurauksena kun käytetään sisempää ja ulompaa z-gradienttikelaa, joilla on käämikuviot, jotka on johdettu kuvioiden 8 ja 9 virtauspiirroksista ja joilla on säteet 0,33 ja vastaavasti 0,44 m.

10 Kuvio 7 on poikkileikkauskuva magneettiresonanssi- järjestelmästä, jossa on päämagneetti 40. Keksinnön mukainen gradienttikelaryhmä 41 on sijoitettu päämagneetin 40 sisään. Radiotaajuuskela 42 luo sähkömagneettisia pulsseja stimuloimaan kuvaustilavuuteen 45 sijoitetun 15 kohteen 44 resonanssia. Kohteen 44 magneettinen resonanssi ilmaistaan antennilla 43. Antennilta 43 saatavaa signaalia käytetään muodostamaan kohteen kuva.

Edellä oleva on kuvannut gradienttikelajärjestelmää, jolla on pienentynyt vuorovaikutus päämagnee-20 tin kanssa. Kelajärjestelmä tuottaa magneettikentän, jolla on lineaarinen gradientti kelajärjestelmän sisällä ja jolla on oleellisesti nollan suuruinen arvo kelajärjestelmän ulkopuolella. Indusoituneiden pyörre-virtojen eliminointi parantaa gradienttikentän stabii-25 lisuutta. Gradienttikelaryhmän sisä- ja ulkokelojen ollessa lujasti yhteen kiinnitettyjä, voimat gradienttikelaryhmän ja päämagneetin välillä oleellisesti poistuvat siten, että korvinkuultava ääni pienenee.

Vaikka tässä on esitetty ja kuvattu esillä ole-30 van keksinnön ensisijaisia suoritusmuotoja, on selvää, että nämä suoritusmuodot ovat mukana vain esimerkin vuoksi. Erilaiset variaatiot, muutokset ja korvaukset tulevat alan ammattimiesten mieleen ilman, että poiketaan keksinnöstä. Tämän mukaisesti on tarkoitus, 35 että patenttivaatimuksen täydellisesti kattavat keksinnön todellisen hengen ja suojapiirin.

Il

Claims

95624

1. Kelajärjestelmä halutun magneettikentän tuottamiseksi, tunnettu siitä, että se käsittää 5 ainakin ensimmäisen kelan (20), joka on tarkoitettu kytkettäväksi virtalähteeseen ensimmäisen ajallisesti muuttuvan gradienttimagneettikentän muodostamiseksi ensimmäisestä virran avaruusjakaumasta ensimmäisellä pinnalla, ja 10 ainakin toisen kelan (30), joka on tarkoitettu kyt kettäväksi virtalähteeseen toisen ajallisesti muuttuvan gradienttimagneettikentän muodostamiseksi toisesta virran avaruusjakaumasta toisella pinnalla, jolloin ensimmäisen ja toisen avaruusvirtajakauman yhteisvaikutuksesta muodos-15 tuvalla ajallisesti muuttuvalla kokonaisgradienttimagneet-tikentällä on ennalta määrätty ajallisesti muuttuva gra-dientti ennalta määrätyssä yksittäisessä suunnassa ennalta määrätyllä alueella kelajärjestelmän sisäpuolella ja olennaisesti nolla-arvo kelajärjestelmän ulkopuolella.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen kelajärjestelmä, tunnettu siitä, että kelat (20, 30) on sijoitettu säteittäisesti toisiinsa nähden ja muotoiltu sylinterimäi-sesti.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen kelajärjes-25 telmä, tunnettu siitä, että ainakin ensimmäiset (20) ja toiset (30) kelat on muotoiltu sylinterimäisesti ja ensimmäisen kelasylinterin (20) säde on r^ ja aksiaalinen pituus z^, jolloin toinen kelasylinteri (30) on sijoitettu säteittäisesti ensimmäisen kelasylinterin suhteen ja 30 olennaisesti sama-akselisesti tämän kanssa, jolloin toisen kelasylinterin (30) säde rg on suurempi kuin r^ ja aksiaalinen pituus Zg on suurempi kuin z^, jolloin magneettikenttä on ajallisesti muuttuva tilavuuden sisällä, jonka ensimmäinen kela (20) sulkee sisäänsä ja jonka arvo on 35 olennaisesti nolla kaikkina aikoina toisen kelan (30) ui- 14 95624 kopuolella olevassa tilavuudessa, ja kelajärjestelmän ja läheisen sähköä johtavan rakenteen väliset magneettivoimat olennaisesti eliminoidaan.

4. Patenttivaatimuksen 2 tai 3 mukainen kelajärjes-5 telmä, tunnettu siitä, että kukin kela (20, 30) koostuu käämeistä (12a-12b), jotka on syövytetty vastaavalle painetulle piirilevylle (11).

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen kelajärjestelmä, tunnettu siitä, että käämit (12a-12b) ovat sormen- 10 jäljen (12a, 12b, 12c, 12d) muotoisia.

6. Patenttivaatimuksen 2, 3 tai 4 mukainen kelajärjestelmä, tunnettu siitä, että kelat (20, 30) on kytketty sarjaan.

7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen kelajärjestelmä, 15 tunnettu siitä, että kelat on kytketty samaan tai yhteen virtalähteeseen.

8. Patenttivaatimuksen 2, 3 tai 4 mukainen kelajärjestelmä, tunnettu siitä, että gradientti on ensimmäisen kelan (20) sisällä ja sillä on vakio arvo kahden 20 muun kohtisuorien suuntien poikki ensimmäisen kelan (20) sisällä.

9. Patenttivaatimuksen 1 mukainen kelajärjestelmä, tunnettu siitä, että ensimmäinen kela on sisäkela (20), jolla on säde r^ 25 ja aksiaalinen pituus 2'z^ sellaisen sisäpinta-avaruusvir-tajakauman tuottamiseksi, joka on olennaisesti yhtä suuri kuin ensimmäisen virtausfunktion derivaatta, jolloin ensimmäinen virtausfunktio on määritelty muuttujilla z ja 0, joissa z on aksiaalinen koordinaatti, joka vaihtelee vä-. 30 Iillä -Ζγ - +Zj ja 0 on ympäryskoordinaatti, joka vaihte lee välillä 0-2, jolloin ensimmäinen virtausfunktio sisältää useita kertoimia An, joissa n on kokonaisluku 1 - ennalta määrätty luku N, jolloin ensimmäinen virtausfunktio määritellään yhtälöllä is 95624 N Σ Ansin(0 Jsinfnzji/z,) | z | <z1 5,(2,0)= n=l ja O |z|>z, ; ja 5 toinen kela on ulkokela (30), joka on olennaisesti sama-akselinen sisäkelan kanssa ja jolla on säde rQ ja aksiaalinen pituus 2'Zq, jolloin muodostetaan ulkopinta-10 avaruusvirtajakauma, joka on olennaisesti yhtä suuri kuin toinen virtausfunktio, jossa z vaihtelee välillä -Zq -+Zq, jolloin toinen virtausfunktio sisältää useita kertoimia Bjj, joissa m on kokonaisluku, joka vaihtelee yhden ja ennalta määrätyn luvun M välillä, jolloin toinen virtaus-15 funktio määritellään yhtälöllä M Σ Baisin(0)sin(mzn/zo) |z|<z0 S2 (z, 0 )= m=l ja 0 |z|>z0 20 jolloin sisä- ja ulkopinta-avaruusvirtajakaumat on tarkoitettu tuottamaan magneettikenttä, jolla on gradient-ti ennalta määrätyssä suunnassa ja olennaisesti vakio arvo kahden muun suunnan poikki tilavuudessa, jonka sisäkela 25 (20) sulkee sisäänsä ja jolla on olennaisesti nolla-arvo ulkokelan (30) ulkopuolisessa tilavuudessa, jolloin kertoimilla on arvot, jotka minimoivat magneettikentän halutun gradientin ja tuotetun gradientin välisen eron neliöiden summan ennalta määrätyissä rajoissa.

10. Patenttivaatimuksen 9 mukainen kelajärjestelmä, tunnettu siitä, että sisä- (20) ja ulkokelat (30) 4 * koostuvat käämeistä (12a-12d), jotka on syövytetty ensim mäiselle ja vastaavasti toiselle painetulle piirilevylle, jolloin molemmat ensimmäisestä ja toisesta painetusta pii-35 rilevystä on taivutettu muodostamaan sylinteri.

11. Patenttivaatimuksen 1 mukainen kelajärjestelmä, « 95624 tunnettu siitä, että siinä on ensimmäinen gradienttikelaryhmä (41), joka koostuu sisä- (20) ja ulkokelasta (30), jolloin sisäkela (20) on tarkoitettu kytkettäväksi virtalähteeseen ensimmäisen pin-5 ta-avaruus virta jakauman muodostamiseksi ensimmäisen sylin terin pinnalle, jolla sylinterillä on säde r^ ja aksiaalinen pituus z^, jolloin ulkokela (30) on tarkoitettu kytkettäväksi virtalähteeseen toisen pinta-avaruusvirtaja-kauman muodostamiseksi toisen sylinterin pinnalle, joka 10 sylinteri on olennaisesti sama-akselinen ensimmäisen sylinterin kanssa ja jonka säde r0 on suurempi kuin rj ja jonka aksiaalinen pituus on Zq, jolloin ensimmäinen ja toinen pintavirta on tarkoitettu yhdessä tuottamaan ei-dipolaarinen magneettikenttä, jolla on gradientti ensim-15 mäisessä dimensiossa ja vakio arvo kahden muun kohtisuoran dimension poikki ensimmäisessä kelaryhmässä ja jolla on olennaisesti nolla-arvo ensimmäisen kelaryhmän ulkopuolella.

12. Patenttivaatimuksen 11 mukainen kelajärjestelmä 20 (41), tunne ttu siitä, että siinä on toinen ja kolmas gradienttikelaryhmä, jolloin muodostetaan ei-dipo-laariset magneettikentät, joilla on gradientit kummassakin jäljelle jäävässä dimensiossa vastaavissa kelaryhmissä ja joilla on olennaisesti nolla-arvo vastaavien kelaryhmien 25 ulkopuolella.

13. Minkä tahansa patenttivaatimuksen 1-12 mukainen kelajärjestelmä, tunnettu siitä, että kelat (20, 30) on tarkoitettu sijoitettavaksi pääkenttämagneetin (40) sisälle, jolloin kelojen (20, 30) ja kenttämagneetin (40) 30 väliset magneettivoimat olennaisesti eliminoidaan.

14. Minkä tahansa patenttivaatimuksen 1-13 mukainen kelajärjestelmä (41), tunne ttu siitä, että magneettikenttä on ei-dipolaarinen.

15. Minkä tahansa patenttivaatimuksen 1-14 mukainen 35 kelajärjestelmä, tunnettu siitä, että aktiivisuo- 17 95624 ja (30) kuljettaa virtaa päinvastaisessa suunnassa, suhteessa virtaan, jota gradienttikentän muodostavat välineet kuljettavat.

16. Magneettiresonanssijärjestelmä, tunnet-5 t u siitä, että siinä on päämagneetti (40) päämagneettikentän muodostamiseksi kohteen ympärille, tutkimusväline (42) kohteen ydinten virittämiseksi, ilmaisuväline (43) viritettyjen ydinten lähettämän 10 energian havaitsemiseksi, ja kelajärjestelmä (41) ajallisesti muuttuvan gradientin muodostamiseksi suhteessa päämagneettikenttään, joka kelajärjestelmä käsittää ainakin ensimmäisen kelan (20), joka on tarkoitettu kytkettäväksi virtalähteeseen ensim-15 mäisen ajallisesti muuttuvan gradienttimagneettikentän muodostamiseksi ensimmäisestä virran avaruusjakaumasta ensimmäisellä pinnalla, ja ainakin toisen kelan (30), joka on tarkoitettu kytkettäväksi virtalähteeseen toisen ajallisesti muuttuvan 20 gradienttimagneettikentän muodostamiseksi toisesta virran avaruusjakaumasta toisella pinnalla, jolloin ensimmäisen ja toisen avaruusvirtajakauman yhteisvaikutuksesta muodostuvalla ajallisesti muuttuvalla gradienttimagneettikentäl-lä kokonaisuudessaan on ennalta määrätty ajallisesti muut-25 tuva gradientti ennalta määrätyssä yksittäisessä suunnassa ennalta määrätyllä alueella kelajärjestelmän (41) sisäpuolella ja olennaisesti nolla-arvo kelajärjestelmän (41) ulkopuolella.

17. Patenttivaatimuksen 16 mukainen järjestelmä, 30 tunnettu siitä, että kelajärjestelmä (41) käsittää gradienttivälineen (20), jolla muodostetaan ajallisesti muuttuva magneettikenttä, joka rajaa tilavuusalueita päämagneettikentän sisällä, ja aktiivisuojaväline (30), joka on asetettu päämagneetin (40) ja gradienttivälineiden vä-35 liin päämagneetin (40) suojaamiseksi virtauksilta, joita 95624 gradienttivälineiden viritys indusoi.

18. Patenttivaatimuksen 16 mukainen järjestelmä, tunne ttu siitä, että tutkimusväline (42) on radiotaajuus .

19. Patenttivaatimuksen 16 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä, että päämagneetti (40) on kesto-magneetti .

20. Patenttivaatimuksen 16 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä, että päämagneetti (40) on resis- 10 tiivinen sähkömagneetti.

21. Patenttivaatimuksen 16 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä, että päämagneetti (40) on suprajohtava sähkömagneetti.

22. Patenttivaatimuksen 16 mukainen järjestelmä, 15 tunnettu siitä, että gradienttivälineessä (41) on lisäksi useita sähkömagneettielementtejä, jotka asteitta-vat päämagneettikentän ainakin kahteen kohtisuoraan suuntaan.

23. Patenttivaatimuksen 22 mukainen järjestelmä, 20 tunnettu siitä, että käytetään ainakin kolmea säh kömagneettista elementtiä päämagneettikentän avaruudelliseen asteittamiseen kolmessa dimensiossa.

24. Patenttivaatimuksen 22 mukainen järjestelmä, tunne ttu siitä, että aktiivisuojaväline (30) kä- ' 25 sittää lisäksi välineen, joka on herkkä sähkömagneettisten elementtien indusoimille virtauksille.

25. Minkä tahansa patenttivaatimuksen 16-24 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä, että aktiivisuojaväline (30) käsittää useita sähkömagneettisia suojaele- 30 menttejä, jotka kuljettavat virtoja suunnissa, jotka ovat päinvastaisia suhteessa gradientin tuottavien sähkömagneettisten elementtien (20) kuljettamiin virtauksiin.

26. Patenttivaatimuksen 25 mukainen järjestelmä, tunne ttu siitä, että kukin gradientin tuottava 35 sähkömagneettinen elementti (20) ja sitä vastaava aktii- 19 95624 visuojaelementti (30) on liitetty yhteen teholähteeseen.

27. Menetelmä sähkömagneettisen, ajallisesti muuttuvan, gradientin tuottavan elementin (20) indusoimien pyörrevirtojen vaimentamiseksi, tunne ttu siitä, 5 että se käsittää vaiheen, jossa aktiivinen sähkömagneettinen suoja (30) sijoitetaan gradientin tuottavan elementin (20) ympärille, jolloin suojalla (30) on ajallisesti muuttuva gradientti, ja aktiivisuojaelementtiä (30) käytetään virralla, jolloin suojan (30) ajallisesti muuttuva gra-10 dientti sopii yhteen elementin (20) ajallisesti muuttuvan gradientin kanssa ja siten minimoi aktiivisuojän (30) ulkopuolella olevan kentän.

28. Menetelmä ei-dipolaarisen magneettikentän kohdistamiseksi näytteeseen magneettiresonanssimittauksen 15 aikana, tunnettu siitä, että joukkoon sähköisesti liitettyjä, säteittäisesti mainitun näytteen ja toistensa suhteen sijoitettuja joh-dinkäämejä kytketään yhtäaikaisesti virta, jolloin mainittu käämijoukko tuottaa ei-dipolaarisen magneettikentän 20 mainitun näytteen sisälle ja aktiivisesti suojaa käämijoukon ulkopuolisen alueen mainitulta magneettikentältä.

29. Patenttivaatimuksen 27 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että on joukko gradientin muodostavia elementtejä (20) ja kullakin gradientin muodostaval- 25 la elementillä (20) on aktiivinen sähkömagneettinen suoja (30).

30. Patenttivaatimuksen 27 tai 29 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että gradientin muodostava elementti (20) on magneettiresonanssijärjestelmän osa.

31. Patenttivaatimuksen 28 tai 30 mukainen menetel mä, tunnettu siitä, että magneettiresonanssimit-taus tai järjestelmä on kuvausjärjestelmä.

32. Patenttivaatimuksen 28 tai 30 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että magneettiresonanssijär-35 jestelmämittaus tai järjestelmä on spektroskopiajärjestel-mä. 20 95624