ITSV970048A1

ITSV970048A1 - Magnete permanente per il rilevamento d'immagini in risonaza magnetica nucleare.

Info

Publication number: ITSV970048A1
Application number: IT97SV000048A
Authority: IT
Inventors: Alessandro Trequattrini; Gianluca Coscia; Carlo Sanfilippo; Eugenio Biglieri
Original assignee: Esaote Spa
Priority date: 1997-12-05
Filing date: 1997-12-05
Publication date: 1999-06-05
Also published as: US6191584B1; IT1298022B1; DE69835654D1; EP0921408A1; ES2271980T3; EP0921408B1; ITSV970048A0; DE69835654T2

Description

"Magnete permanente per il rilevamento d'immagini in risonanza magnetica nucleare"

TESTO DELLA DESCRIZIONE

L'invenzione ha per oggetto un magnete permanente per il rilevamento d'immagini in risonanza magnetica nucleare sia del tipo atto ad alloggiare una parte consistente del corpo o l'intero corpo, cosiddetto total body e sia del tipo cosiddetto dedicato, cioè adatto al rilevamento d'immagini in risonanza magnetica nucleare solamente di alcune parti del corpo umano, il quale magnete comprende:

a) una struttura magnetica comprendente un giogo e dei poli magnetici e di forma tale da delimitare o racchiudere una cavità, almeno parte del cui volume costituisce un vano di alloggiamento per almeno parte di un corpo in esame ed almeno parte del cui volume costituisce il volume permeato da un campo magnetico statico con determinate caratteristiche di intensità ed omogeneità;

b) la struttura magnetica è aperta su almeno un lato parallelo al campo magnetico statico; c) la struttura presenta almeno due opposti ed affacciati poli trasversali al lato aperto e tra i quali viene generato il campo magnetico statico.

Per ottenere dei segnali di eco degli spin dai quali ricostruire immagini della parte in esame con una sufficiente fedeltà, cioè valide immagini, nelle macchine in risonanza magnetica nucleare è necessario esporre il corpo o la parte di corpo in esame ad un campo magnetico statico che nella zona della quale si desidera rilevare l'immagine presenti determinate caratteristiche di intensità e di omogeneità. Le caratteristiche sono determinate da prestabilite tolleranze.

Come ampiamente discusso ad esempio nel brevetto U.S. 5,495,222, un campo magnetico statico ideale si ottiene con una struttura magnetica che racchiude la cavità od il volume di alloggiamento del corpo o della parte del corpo su tutti i lati.

In via teorica è possibile realizzare magneti di questo genere, tuttavia le dimensioni devono essere notevoli in modo da consentire l'alloggiamento dell'intero corpo ad esempio di un paziente. Una macchina di questo genere è decisamente antieconomica, molto ingombrante e comporta problemi dal punto di vista della sicurezza e del comfort del paziente.

Le macchine attualmente note presentano pertanto strutture magnetiche di delimitazione delle cavità con almeno un lato aperto, con due lati aperti, generalmente fra loro opposti o con tre o più lati aperti, come nelle strutture magnetiche a "C" ed in quelle che presentano solamente due poli contrapposti e distanziati che fatta eccezione per gli elementi portanti, tipo colonne sono aperti lungo l'intero perimetro dei due poli.

L'apertura di uno o più lati della struttura magnetica, comporta in questa zona una diffusione del campo magnetico verso l'esterno della struttura. In questo caso, le linee di campo spanciano verso l'esterno e l'intensità e l'omogeneità del campo vengono progressivamente meno, con il progressivo avvicinamento al od ai lati aperti della struttura. Il volume in cui il campo magnetico presenta caratteristiche di intensità ed omogeneità sufficienti al rilevamento d'immagini si riduce pertanto rispetto al volume globale della cavità definita dalla struttura del magnete e rispetto al volume complessivo della struttura del magnete stesso.

Ciò suggerisce una soluzione che consiste nell'aumentare le dimensioni della struttura del magnete in modo da allontanare il più possibile il volume utile per il rilevamento d'immagine dal o dai lati aperti. Tuttavia anche in considerazione del fatto che il volume utile deve essere correlato al volume od alla estensione del corpo o della parte di corpo in esame, questa soluzione comporta dei rapporti sfavorevolissimi tra ingombro totale del magnete e volume utile al rilevamento d'immagine, cioè volume entro cui il campo statico presenta le caratteristiche sufficienti al rilevamento di valide immagini in risonanza magnetica nucleare. In pratica, la struttura del magnete diviene molto grande e pertanto costosa sia per quanto riguarda la costruzione e sia per quanto riguarda l'acquisto della macchina e la sua collocazione presso l'utente finale.

Mentre per le macchine cosiddette total body, cioè le macchine in cui nella struttura del magnete viene alloggiato o l'intero corpo del paziente od almeno una parte rilevante dello stesso, questo inconveniente è meno drammatico, nelle macchine dedicate, cioè nelle macchine di piccola dimensione destinate al rilevamento di immagini di delimitate e specifiche parti di corpo, la situazione sopra descritta assume notevole importanza.

Le macchine dedicate, infatti, utilizzano strutture magnetiche di piccole dimensioni che devono essere relativamente maneggevoli e leggere. Per favorire la compattazione delle dimensioni delle strutture magnetiche è richiesto un elevato rapporto tra ingombro della struttura, e volume utile per il rilevamento d'immagine e tra volume globale della cavata defi.ni.ta dal magnete e volume utile per il rilevamento d'immagine. Detto volume utile dovrebbe occupare una rilevante parte del volume complessivo della cavità.

I problemi legati alle macchine dedicate sono resi ancora più seri, per il fatto che, al fine di garantire una grande flessibilità di utilizzo delle macchine per diverse parti del corpo, con diverse caratteristiche anatomiche e morfologiche, la struttura del magnete tende a presentare sempre più lati aperti.

In alcuni tipi di magneti permanenti, come ad esempio nel magnete descritto nella domanda di brevetto U.S.A. 5,495,222, che è un magnete con sezione a C aperto dei due lati trasversali all'asse della C e su uno dei lati paralleli, per compensare le aberrazioni del campo in corrispondenza di un lato aperto sono previsti dei mezzi di correzione che nel caso specifico sono costituite da estensioni tendenti a chiudere parzialmente l'apertura sul lato parallelo all'asse. Le aberrazioni in corrispondenza dei lati trasversali all'asse della C non vengono compensate, in quanto il magnete viene realizzato di lunghezza tale da allontanare in misura sufficiente i lati aperti dal volume rilevante .

Il magnete secondo questo documento è del tipo total body ed il corpo del paziente viene inserito in direzione dell'asse della C, mentre il lato parzialmente aperto parallelo all'asse ha come scopo quello di consentire al personale medico o paramedico di eseoperazioni sul paziente.

L'invenzione mira pertanto alla realizzazione di un magnete del tipo descritto all'inizio che consenta di limitare le dimensioni della struttura magnetica almeno a parità di volume utile per il rilevamento d'immagine se non addirittura incrementando il rapporto tra volume utile per il rilevamento d'immagine e ingombro totale del magnete, consentendone la realizzazione con una forma tale da permettere l'utilizzo indiscriminato di tutti i lati aperti per inserire il paziente e con un minimo di parti costruttive di forma geometrica semplice e fabbricabile relativamente facilmente con le tolleranze sufficienti.

L'invenzione consegue questi scopi con un magnete del tipo descritto all'inizio, in cui

nella zona del o dei lati aperti il magnete presenta mezzi di correzione del campo magnetico statico generato tra i poli principali i quali mezzi di correzione incrementano il potenziale magnetico nella zona dell'apertura e per una prestabilita profondità in direzione trasversale al lato aperto, senza limitare la luce di detta apertura.

In corrispondenza del o dei lati aperti, pertanto, viene prevista una coppia di contrapposti poli secondari, che penetrano per una prestabilita distanza all'interno verso il corrispondente polo principale, ed ai quali poli secondari è associato del materiale magnetizzato secondo due criteri attuabili alternativamente od in combinazione, e che consistono nel fatto che 11 materiale magnetizzato associato ai poli secondari e previsto in quantità maggiore o di qualità diversa rispetto al materiale magnetizzato associato ai poli principali, in modo da ottenere un incremento del potenziale magnetico nella zona fra detti poli secondari rispetto a quello tra i poli principali, oppure il materiale magnetizzato associato ai poli secondari è previsto in quantità o di tipo identico al materiale magnetizzato associato ai poli principali, , mentre, tra il polo principale e l'affiancato polo secondario è interposto un inserto magnetizzato in modo tale da generare una differenza di potenziale magnetico tra i poli principali e gli affiancati poli secondari, per cui il potenziale magnetico dei poli secondari viene aumentato rispetto al potenziale del polo principale ed a scapito dello stesso, il tutto, mantenendo la distanza tra le coppie di contrapposti poli secondari almeno pari, o maggiore della distanza prevista tra i poli principali.

Le due soluzioni attuabili sia indipendentemente che in combinazione tra loro, consentono di generare un campo magnetico periferico nella zona dell'apertura con andamento tale da riportare il campo magnetico statico tra i poli principali in una condizione di sufficiente intensità e di omogeneità entro le tolleanze prestabilite per sostanzialmente l'intero volume interposto tra i poli principali e definito dagli stessi .

I due accorgimenti sono applicabili indipendentemente od in combinazione tra loro per qualsivoglia tipo di configurazione di magnete sia che esso presenti un solo lato, due lati, tre lati o quattro o più lati aperti oppure un mantello periferico completamente aperto.

La prima opzione consiste nell'incrementare il potenziale del campo magnetico tra i poli secondari rispetto a quello tra i poli principalisenza diminuire il campo tra i poli principali. Ciò si ottiene aumentando nella zona dei poli secondari la quantità del materiale magnetizzato, oppure utilizzando un materiale magnetizzato di diverso tipo e che è atto a generare campi magnetici di maggiore intensità a parità di volume con altri materiali magnetizzati. Il polo secondario, comprendente una piastra di materiale ad alta permeabilità magnetica, presenta in questo caso uno spessore ridotto rispetto allo spessore del polo principale, in modo tale da terminare con la sua faccia interna, almeno complanarmente con la faccia del polo principale oppure rientrata rispetto a quest'ultima, con riferimento alla direzione normale alle dette facce dei poli principale e secondario.

Grazie all'invenzione, è possibile, pertanto, limitare la ripercussione dei lati aperti del magnete sul campo statico nel volume utile al rilevamento d'immagine. Ciò avviene in modo estremamente semplice e sicuro.

Questa realizzazione presenta notevoli vantaggi nella applicazione per macchine di tipo dedicato, secondo la definizione di cui sopra. Infatti, le barriere di correzione secondo 1'invenzione limitano la penetrazione delle aberrazioni in profondità nella zona dei poli principali, estendendo il volume entro cui il campo statico presenta sufficienti caratteristiche per il rilevamento d'immagine all'intero volume definito dai poli principali. Ciò senza dover prolungare il magnete in modo da allontanare le aperture dai poli principali e pertanto contribuendo a mantenere compatte le dimensioni del magnete stesso. Il fatto inoltre di mantenere le superfici interne dei poli secondari contrapposti ad una distanza almeno pari, se non maggiore di quella tra le affacciate superfici interne dei poli principali, consente di mantenere ridotte al minimo necessario le distanze tra i due poli principali. Quando addirittura i poli secondari sono distanziati tra loro in misura maggiore dei poli principali, si consente di generare un'apertura di alloggiamento di parti del corpo adiacenti a quelle in esame e che presentano dimensioni maggiori di quelle effettivamente in esame. Ciò è il caso ad esempio per la spalla, che presenta uno spessore minore della zona del torace.

Per i materiali magnetizzati dei poli principali e dei poli secondari sono possibili diversi vettori di magnetizzazione e generalmente, gli strati di materiale magnetizzato associati ai poli principali ed a quelli secondari presentano vettori di magnetizzazione paralleli ed orientati nella stessa direzione, sostanzialmente perpendicolari alle facce interne dei poli stessi.

Quando è previsto, un un inserto magnetizzato tra il polo principale e l'associato polo secondario, il vettore di magnetizzazione associato al detto inserto presenta invece un orientamento con almeno una componente perpendicolare al vettore di magnetizzazione del materiale magnetizzato associato ai poli principali ed a quelli secondari.

Le ulteriori componenti di campo magnetico introdotte dall'elemento magnetizzato tra i poli principali ed corrispondente polo secondario contribuiscono ad incrementare l'effetto di contenimento e di limitazione dello spanciamento delle linee del campo magnetico nella zona della corrispondente apertura.

Il magnete secondo l'invenzione, presenta pertanto una costruzione più agile e meno ingombrante e pesante a parità almeno di volume utile per il rilevamento d'immagine in risonanza magnetica nucleare.

A seconda delle caratteristiche geometriche del magnete è possibile associare alle caratteristiche di cui sopra altri accorgimenti che verranno descritti dettagliatamente in seguito. Queste caratteristiche e questi accorgimenti potranno venire utilizzati sia separatamente che in qualsivoglia combinazione tra loro.

Gli ulteriori accorgimenti e gli ulteriori perfezionamenti secondo l'invenzione sono oggetto delle sottorivendicazioni .

Le caratteristiche dell'invenzione ed i vantaggi da esse derivanti risulteranno meglio dalla seguente descrizione di un esempio esecutivo illustrato a titolo non limitativo nei disegni allegati, in cui:

La fig. 1 illustra una vista parzialmente in sezione di un magnete tridimensionale, di forma parallelepipeda rettangolare avente un solo lato aperto.

La fig. 2 illustra una sezione secondo un piano assiale di un magnete di forma sostanzialmente corrispondente a quello della fig. 1 avente due lati opposti aperti.

La fig. 3 è una sezione secondo un piano radiale del magnete secondo la fig. 2.

La fig. 4 illustra un magnete di forma secondo le precedenti figure che è aperto su tre lati , assumendo una configurazione ad U e più precisamente essendo la vista suddivisa in due metà ciascuna delle quali illustra una diversa variante del magnete a U.

La fig. 5 illustra una sezione secondo un piano radiale rispetto al suo asse del magnete ad U secondo una delle varianti della fig. 4.

La fig. 6 illustra una vista in pianta sulla faccia interna di uno dei due rami paralleli del magnete secondo le figg. 4 e 5 e secondo diverse varianti dello stesso.

La fig. 7 illustra schematicamente un magnete ad U senza polo secondario e l'andamento delle linee di campo .

La fig. 8 illustra analogamente alla fig. 7 una prima variante del magnete ad U con il polo secondario e con un incremento del materiale magnetizzato associato al polo secondario di spessore teorico per compensare l'allargamento della cavità rispetto alla parte del polo principale.

La fig. 9 illustra analogamente alle figure 7 e 8 l'andamento del campo magnetico per la variante del magnete a U in cui l'apertura del magnete nella z ona del polo secondario è compensata solamente don l'incremento dello spessore del materiale magnetico..

La fig. 10 illustra analogamente alle figure 7 a 9 l'andamento del campo in una forma esecutiva ulteriore del magnete ad U in cui è previsto un inserto magnetizzato fra polo principale e polo secondario.

La fig. 11 illustra in un grafico l'andamento dell'intensità del campo magnetico in direzione perpendicolare ai poli ed in dipendenza dell'asse perpendicolare al lato trasversale chiuso del giogo, per i casi delle figure 7 a 10.

La fig. 12 illustra una ulteriore variante esecutiva del magnete a U in cui sono combinate sia l'aumento dello spessore dello strato magnetizzato associato al polo secondario che la presenza dell'inserto magnetizzato.

Le figg. 13 e 14 illustrano ulteriori forme esecutive del magnete ad U.

La fig. 15 illustra una sezione secondo un piano radiale di un magnete provvisto di due piastre contrapposte che definiscono un volume lateralmente completamente aperto.

La fig. 16 è una vista in pianta sulla faccia i .nterna del magnete secondo la fig. 143 avente forma e simmetria circolare.

La fig. 17 è una vista analoga a quella della fig. 15, avendo il magnete forma esagonale.

Il magnete permanente illustrato nella figura 1 è un magnete tridimensionale e presenta una struttura, cioè un giogo 1 chiuso su cinque lati. Il lato 101 è aperto per consentire l'introduzione del corpo in esame o di una parte di corpo in esame. Due lati paralleli ed affacciati 201, 301 del giogo portano al loro interno ciascuno un polo principale 2. I due poli principali 2 sono paralleli e contrapposti. Lungo i bordi del lato aperto 101, i due lati paralleli che portano i poli principali 2 presentano due poli secondari 3 tra loro paralleli e contrapposti e che si stendono almeno per una parte dei detti lati, almeno per la medesima estensione degli associati poli principali. La fig. 1 illustra due varianti esecutive di cui una superiormente al piani mediano parallelo ai poli 2, 3 e l'altra inferiormente.

E' possibile che le due varianti siano presenti in combinazione nella zona dell'apertura, ma generalmente la struttura del magnete è simmetrica rispetto al detto piano mediano parallelo ai poli 2, 3.

Nella prima variante esecutiva, i poli principali 2 presentano uno strato di materiale magnetizzato 102 che si sovrappone internamente al corrispondente lato 201 del giogo 1 ed alla cui faccia libera interna è sovrapposta una piastra 202 di materiale ad elevata permeabilità, cioè di materiale ferromagnetico.

Il polo secondario 3 è composto anch'esso da uno strato di materiale magnetizzato 103 a cui si sovrappone una piastra di materiale ad elevata permeabilità 203 in particolare ferromagnetico. I vettori di magnetizzazione dei due strati 102, e 103 di materiale magnetizzato sono paralleli fra loro e sono orientati nello stesso verso, come indicato dalle frecce M2, e M3. Il materiale magnetizzato dello strato 103 associato al polo secondario è di diverso tipo del materiale magnetizzato dello strato 102 associato al polo principale. L'uno può essere ad esempio di ferrite e l'altro ad esempio di neodimio, od altri materiali, e comunque i diversi materiali sono scelti in modo tale per cui la differenza di potenziale tra i poli secondari 3 è superiore di quella tra i poli principali, Lo spessore degli strati 102, 103 di materiale magnetizzato è identico, ed anche lo spessore delle piastre 202, 203 di materiale ad alta permeabilità è identico, per cui il polo secondario 3 e quello principale 2 terminano con la faccia interna complanarmente fra loro.

Ovviamente, mantenendo inalterati i criteri per cui il potenziale tra i poli secondari 3 viene incrementato rispetto al potenziale magnetico tra i poli principali 2, è possibile che sia gli strati 103 di' materiale magnetizzato sia le piastre 203 di materiale ferromagnetico o ad alta permeabilità presentino diversi spessori rispetto agli equivalenti strati dei poli principali. Il tutto può comportare sempre che le due facce interne dei poli principali e di quelli se-_ condari si estendano a filo complanarmente tra loro oppure che i poli secondari risultino rientrati in una certa misura rispetto ai poli principali 2 presentando l'apertura quindi una luce maggiore in corrispondenza dei poli secondari 3 rispetto alla distanza dei poli principali 2.

Come risulta evidente dalla metà superiore della fig. 1, la piastra 203 del polo secondario 3 è distanziata dalla piastra 202 del polo principale 2.

La metà inferiore del magnete secondo la figura 1 illustra una variante esecutiva, in cui, lo strato di materiale magnetizzato 103 associato al polo secondario 3 è previsto nella medesima quantità, ovvero nel medesimo spessore come lo strato 102 associato al polo principale 2. Anche le piastre 202, 203 di materiale ad elevata permeabilità sono di identico spessore. In questo caso, fra il polo secondario 3 ed il polo principale 2 è interposto un inserto magnetizzato 4 che è costituito completamente da materiale magnetizzato oppure anche in parte da materiale magnetizzato ed in parte da materiale non magnetizzato sia di tipo ad elevata permeabilità sia anche di tipo a bassa permeabilità. L'inserto magnetizzato 4 presenta un vettore di magnetizzazione M4 con almeno una componente orientata perpendicolarmente ai vettori di magnetizzazione M2, M3 dei poli principali 2 e secondari 3, o parallela alle facce dei poli stessi. Preferibilmente nella configurazione secondo la fig. 1 il vettore di magnetizzazione M4 del polo intermedio presenta solamente una componente perpendicolare ai vettori di magnetizzazione M2, M3 degli strati 102, 103 dei poli principali 2 e secondari 3.

Mentre nella prima variante esecutiva il potenziale magnetico più intenso dei poli secondari 3 limita lo spanciamento e quindi la riduzione di intensità nella zona del polo principale affacciata verso il lato 101 aperto, nella seconda variante, grazie all'inserto magnetizzato 4 aumenta il potenziale del campo magnetico del polo secondario a scapito del polo principale, ottenendo lo stesso effetto come nella variante di cui alla metà superiore della figura 1, ma con una limitata riduzione del valore medio del campo.

Le figg. 2, 3 illustrano un ulteriore magnete del tipo anulare, e cioè aperto sui due lati opposti 101 e 401. In questo caso, la seconda apertura sul lato 401 presenta anch'essa una coppia di poli secondari 3. Nelle figure i poli secondari sono realizzati analogamente alla prima variante esecutiva descritta con riferimento alla metà superiore della figura 1. Tuttavia anche in questo caso è possibile prevedere in corrispondenza di ambedue i lati aperti 101, 401 una realizzazione corrispondente alla seconda variante illustrata nella metà inferiore della fig. 1 ed eventualmente è possibile applicare una variante ad un lato aperto e l'altra al lato aperto opposto, ad esempio in· caso siano richieste asimmetrie del volume utile per il rilevamento d'immagine delimitato tra i poli principali 2.

Le figg. 4 a 6 e 7 a 12 illustrano diverse varianti esecutive dell'invenzione con riferimento ad un magnete che è aperto anche in corrispondenza di un lato parallelo all'asse del magnete secondo le figg. 2 e 3 e perpendicolare ai poli, 2, 3.

Tale lato indicato con 501 verrà denominato lato trasversale e l'opposto lato chiuso lato trasversale 601 di raccordo dei due opposti lati paralleli 201,.

401.

Il magnete ad U secondo le figure 4 a 12 presenta un giogo 1 di materiale ad alta permeabilità magnetica formato da tre piastre 201, 301, 601 montate fra loro a forma di U. Le piastre presentano facce interne piane che definiscono un vano di alloggiamento di forma sostanzialmente a guisa di parallelepipedo rettangolo. Le due piastre 201, 301 costituiscono i due lati fra loro paralleli del giogo 1, mentre la piastra 601 costituisce un lato trasversale di raccordo. I restanti tre lati 101, 401, 501 sono completamente aperti.

Analogamente a quanto descritto per le precedenti forme esecutive, ciascun lato 201, 301 del giogo 1 porta sulla sua faccia interna uno strato di materiale magnetizzato 102 a cui si sovrappone una piastra di materiale ad elevata permeabilità 202 per formare il polo principale 2.

Questa ulteriore forma esecutiva dell'invenzione relativa al magnete aperto su tre lati ed a forma di U può ovviamente essere prevista in combinazione con poli secondari 3 realizzati in modo perfettamente analogo a quanto descritto con riferimento alle precedenti forme esecutive secondo le figure 1 a 3. Nell'esempio illustrato, il magnete aperto su tre lati presenta dei poli secondari realizzati secondo ancora una ulteriore variante esecutiva che è anch'essa viceversa applicabile agli esempi di cui alle figure 1 a 3.

In una prima variante di cui alla fig. 4 ed alla metà di destra della fig. 4, i poli secondari si estendono solamente lungo il lato trasversale aperto 501 e per l'intera larghezza dello stesso. Lo strato di materiale magnetizzato associato ai poli secondari 3 è di maggiore spessore che non lo strato associato al polo principale 2. In particolare è previsto che lo strato 102 di materiale magnetizzato associato al polo principale si prolunghi fin sotto al corrispondente polo secondario 3, mentre questo presenta un ulteriore strato 103' le due piastre 203 e 202 sono di spessore diverso e tale, per cui lo spessore complessivo degli strati di materiale magnetizzato e delle piastre sia maggiore nella zona dei poli principali 2 rispetto alla zona dei poli secondari 3. I poli principali 2 risultano quindi più vicini dei poli secondari 3. Ciò contribuisce all'ottenimento di un campo statico con buone caratteristiche tra i poli principali 2. I poli secondari più distanti rendono l'apertura d'ingresso più ampia ed atta ad alloggiare parti di corpo più grandi a cui si collegano le parti di corpo da esaminare, senza per questo modificare né le dimensioni globali del magnete, né l'effetto di correzione dei poli secondari. Tra ciascun polo secondario 3 e l'associato polo principale 2 è previsto un inserto magnetizzato 4 che è formato da uno strato di materiale magnetizzato 104 e da uno o più strati di materiale, a bassa permeabilità, in particolare di alluminio, 204. Come risulta evidente, lo strato di materiale a bassa permeabilità 204 presenta uno spessore pari allo spessore dello strato ulteriore 103 di materiale magnetizzato associato al polo secondario, mentre lo strato 104 di materiale magnetizzato del polo 4 può presentare come illustrato il medesimo spessore della piastra 203 del polo secondario 3, terminando a filo con la faccia interna della stessa.

I vettori di magnetizzazione M2, M3, M4 sono orientati in modo identico a come descritto con riferimento ai precedenti esempi.

Secondo un perfezionamento, di cui alla figura 12, lo strato 104 di materiale magnetizzato è alloggiato completamente in una cassettina che è formata dallo strato di materiale a bassa permeabilità 204 e che si prolunga anche lungo le pareti laterali dello strato 104 e può eventualmente anche essere chiusa in corrispondenza della faccia interna dello strato 104 di materiale magnetizzato.

L'effetto dell'inserto magnetizzato 4 risulta evidente dalla figura 11.

Con riferimento alle figure 7 a 10, sono illustrate le linee di flusso dei campi magnetici generati tra i poli principali 2 ed i poli secondari 3 secondo diverse configurazioni del magnete a U. Nella figura 11 sono indicati gli andamenti dei valori del campo magnetico in direzione perpendicolare ai poli, mentre l'asse X riporta la distanza dal bordo del polo rivolto verso il lato aperto.

Il magnete secondo la figura 7 è privo dei poli secondari. L'andamento del campo in figura 11 è indicato dalla linea L7. Il magnete secondo la figura 8 presenta i poli secondari ed uno spessore del materiale magnetizzato associato al polo secondario maggiorato rispetto a quello in corrispondenza del polo principale. L'andamento del campo per questo magnete è indicato in figura 11 dalla linea L8. Il maggiore spessore corrisponde in questo caso al valore teorico espressamente calcolato per compensare l'allargamento della cavità tra i poli secondari rispetto alle dimensioni tra i poli principali.

Il magnete secondo la figura 9 invece presenta un ulteriore incremento del materiale magnetizzato associato al polo secondario. Il campo risultante da questa configurazione è indicato dalla linea L9 di fig.

La fig. 10 illustra invece un magnete a U secondo la fig. 8 in cui è ulteriormente previsto un inserto magnetizzato fra il polo principale e quello secondario. L'andamento del campo magnetico per questa variante è indicata dalla linea L10 in fig. 11.

Come risulta evidente dalla figura 11, in cui la linea Lll indica il limite del polo principale sul lato aperto, parallelo al lato trasversale del giogo, l'intensità del campo magnetico nella zona fra i due poli principali decade drasticamente ed in modo continuo in direzione del lato aperto e prima di raggiungere il bordo dei poli principali rivolti verso il detto lato trasversale aperto ed indicati dalla linea verticale Lll. La configurazione secondo la fig. 8 migliora un po' la situazione. Il campo è più elevato, ma decade sempre prima del bordo dei poli principali rivolti verso il lato aperto.

Le linee L9 e LIO invece indicano che in ambedue i casi, il campo è sostanzialmente costante per l'intera estensione dei poli principali e decade solo oltre il bordo periferico del polo principale rivolto erso il lato aperto trasversale del magnete.

La differenza in valore assoluto delle due linee L9 e L10, dipende dal fatto che, mentre nel primo caso (L9), l'apporto di materiale magnetizzato in corrispondenza del polo secondario, eleva genericamente l'intensità del campo, nel secondo caso, linea (LI0), venendo l'incremento di potenziale del polo secondario rispetto a quello del polo principale ottenuto a scapito del polo principale stesso, il livello generale d'intensità del campo magnetico subisce una riduzione.

Migliori risultati sono ovviamente ottenibili combinando fra loro le configurazioni del magnete secondo le figure 9 e 10 così come illustrato con riferimento alla figura 12.

Il magnete secondo le figure 4 a 13 presenta ulteriormente nella zona del lato chiuso parallelo a quello aperto trasversale 501 un ulteriore elemento magnetizzato 5, il cui vettore di magnetizzazione M4 presenta almeno una componente perpendicolare ai vettori di magnetizzazione MI e M2 associati ai poli principali e secondari, ovvero parallela alle facce interne dei detti poli ed un verso della detta componente identico a quello della stessa componente del vettore di magnetizzazione M3 degli inserti magnetizzati 4. Questo elemento ha la funzione di mantenere il corretto andamento del campo magnetico nella zona del lato trasversale chiuso 601. Il detto elemento magnetizzato 5 può presentare una faccia interna parallela al campo e quindi piana, oppure concava o convessa. L'elemento può essere suddiviso in due blocchi lievemente separati simmetricamente rispetto al piano mediano parallelo ai poli principali 2 e può essere distanziato come illustrato nelle figure 4 a 12 oppure essere a contatto con il polo principale, come illustrato nella figura 13.

Con riferimento alla figura 14, viene illustrata una variante in cui non è previsto l'elemento 5 di materiale magnetizzato sul lato trasversale chiuso. In questo caso, un effetto simile può venire ottenuto prevedendo lungo il bordo della piastra 202 dei poli principali un risalto in direzione del polo principale opposto. Nell'esempio illustrato il risalto è costituito da una barretta 7 di sezione trapezoidale rettangolare che si estende a filo con il bordo della piastra 202 dei poli principali, opposta all'apertura 501.

Con particolare riferimento alle figure 4 e 6, le viste illustrate sono composte e ciascuna metà della figura illustra due varianti del magnete ad U. Una prima variante risultante dalla metà di destra della fig . 4 non prevede alcun accorgimento di correzione del campo lungo gli ulteriori lati aperti perpendicolari al lato 501. In questo caso, i poli principali 2, i poli secondari 3, gli inserti magnetizzati 4, gli elementi di materiale magnetizzato 5 si estendono per l'intera lunghezza del lato trasversale aperto 501.

La metà di sinistra e la fig. 6 illustrano invece configurazioni in cui gli stessi accorgimenti previsti sul lato trasversale aperto 501 vengono applicati anche agli ulteriori opposti lati aperti perpendicolari a quello 501. Gli accorgimenti illustrati sono identici a quelli descritti per i poli secondari lungo il lato trasversale aperto 501. E' possibile comunque prevedere lungo detti lati aperti anche accorgimenti del tipo analogo a quelli descritti con riferimento alle precedenti forme esecutive.

La vista in pianta della fig. 6 indica come possono venire realizzate le transizioni tra i poli secondari e gli inserti magnetizzati lungo i diversi lati aperti. Questa figura illustra solamente alcune delle possibilità. Nella metà di sinistra i due poli secondari e gli eventuali inserti magnetizzati terminano a filo con il lato dell'associato polo principale 2 che è trasversale alla estensione longitudinale delle stesse. In questo modo, non vi è contatto tra poli secondari 3 sui vari lati aperti e tra corrispondenti inserti magnetizzati 4. L'estremità verso il lato trasversale chiuso può terminare analogamente a quanto descritto lungo il lato aperto 501 e gli elementi magnetizzati 5 possono prolungarsi per l'intera lunghezza del lato trasversale opposto all'apertura trasversale 512 oppure possono terminare a filo con il polo principale 2. Come indicato nella variante sul lato sinistro della figura 6, uno dei due poli secondari può prolungarsi fino alla fine del corrispondente lato aperto, in questo caso del lato 501, mentre il polo secondario e l'eventuale inserto magnetizzato lungo il lato aperto perpendicolare si attestano contro il primo polo secondario e/o il primo inserto magnetizzato . In alternativa, i poli secondari 2 su tutti i lati aperti e gli inserti magnetizzati 4 eventualmente previsti possono estendersi senza soluzione di continuità circondando coassialmente a guisa di cornice il corrispondente polo principale.

Secondo una ulteriore variante che risulta dalla figura 4 alla metà destra della stessa, i due opposti lati paralleli del giogo 1, possono essere rastremati in direzione del lato aperto 501. In questo caso, le due dette estremità sono sia assottigliate dall'esterno che provviste di spianamenti o smussi 701 in corrispondenza degli spigoli.

Questa condizione è illustrata con riferimento ad un magnete completamente aperto su quattro lati oppure lungo il mantello periferico di un prisma a base circolare o poligonale.

La figura 13, illustra una variante esecutiva, che si differenzia dalle altre per il fatto che gli elementi 5 e gli inserti magnetizzati presentano facce di contatto con tutti gli elementi che li circondano, mentre le facce libere sono inclinate in modo da collegarsi con gli spigoli associati delle facce interne dei poli 2, 3. Questa forma esecutiva presenta anch'essa i vantaggi secondo l'invenzione, tuttavia, risulta un po' scomoda dal punto di vista costruttivo in quanto è più costoso e difficile realizzare parti di forma diversa da quella parallelpipeda rettangolare o cubica.

7 La figura 15 illustra una sezione secondo un piano diametrale di un tale magnete. Due piastre portanti parallele fra loro 10 sono trattenute ad una certa distanza da elementi distanziatori 11 a guisa di colonne. Le due piastre portano coassialmente ciascuna un polo principale 12, comprendente uno strato di materiale magnetizzato 112 ed una piastra di materiale ad elevata permeabilità 212. Analogamente all'esempio della figura 4 sono previsti dei poli secondari 13 e degli inserti magnetizzati 14. Come illustrato nelle figure 16 e 17, sia i poli secondari che gli inserti magnetizzati 14 possono essere perfettamente anulari o formati a settori fra loro distanziati, almeno parzialmente. Questa ultima configurazione è visibile nella figura 17, dove per evitare la formazione di elementi di forma non parallelepipeda e quindi fabbricabili a maggiori costi, visto le tolleranze minime che le parti devono presentare relativamente alla loro forma, potrebbe essere opportuno limitare i poli secondari 13 e gli inserti magnetizzati 14 alla lunghezza dei singoli lati del polo principale poligonale.

Questo criterio del resto è applicabile anche alla scelta fra le diverse configurazioni illustrate per le diverse forme esecutive descritte. Infatti, compatibilmente all'ottenimento di una efficace correzione del campo fra i poli principali, la configurazione migliore dal punto di vista della facilità di costruzione, assemblaggio, e costo è quella in cui i singoli elementi sono formati o presentano forme a guisa di parallelepipedi rettangoli, di cubi, o simili.

Naturalmente, l'invenzione non è limitata alle forme esecutive testé descritte ed illustrate ma può essere variata soprattutto costruttivamente senza per questo abbandonare il principio informatore sopra esposto ed a seguito rivendicato.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Magnete permanente per il rilevamento d'immagini in risonanza magnetica nucleare sia del tipo atto ad alloggiare una parte consistente del corpo o l'intero corpo, cosiddetto total body e sia del tipo cosiddetto dedicato, cioè adatto al rilevamento d'immagini in risonanza magnetica nucleare solamente di alcune parti del corpo umano, il quale magnete comprende: a) una struttura magnetica comprendente un giogo e dei poli magnetici e di forma tale da delimitare o racchiudere una cavità, almeno parte del cui volume costituisce un vano di alloggiamento per almeno parte dì un corpo in esame ed almeno parte del cui volume costituisce il volume permeato da un campo magnetico statico con determinate caratteristiche di intensità ed omogeneità,-b) la struttura magnetica è aperta su almeno un lato parallelo al campo magnetico statico; c) la struttura presenta almeno due opposti ed affacciati poli trasversali al lato aperto e tra i quali viene generato il campo magnetico statico, caratterizzato dal fatto che nella zona del o dei lati aperti il magnete presenta mezzi di correzione del campo magnetico statico generato tra i poli principali i quali mezzi di correzione incrementano il potenziale magnetico nella zona dell'apertura e per una prestabilita profondità in direzione trasversale al lato aperto, senza limitare la luce di detta apertura.
2. Magnete permanente secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che in corrispondenza del o dei lati aperti è prevista una coppia di contrapposti poli secondari, che penetrano per una prestabilita distanza all'interno verso il corrispondente polo principale, ed ai quali poli secondari è associato del materiale magnetizzato secondo due criteri attuabili alternativamente od in combinazione, e che consistono nel fatto che a) il materiale magnetizzato associato ai poli secondari è previsto in quantità maggiore o di qualità diversa rispetto al materiale magnetizzato associato ai poli principali, in modo da ottenere un incremento del potenziale magnetico nella zona fra detti poli secondari, rispetto a quello tra i poli principali; b) e/o il materiale magnetizzato associato ai poli secondari è previsto in quantità o di tipo identico al materiale magnetizzato associato ai poli principali, mentre, tra il polo principale e l'affiancato polo secondario è interposto un inserto magnetizzato in modo tale , da generare una differenza di potenziale magnetico aggiuntiva tra i poli principali e gli affiancati poli secondari, e da aumentare il potenziale magnetico dei poli secondari rispetto al potenziale del polo principale, c) ambedue gli accorgimenti venendo previsti alternativamente od in combinazione tra loro e mantenendo la distanza tra le coppie di contrapposti poli secondari almeno pari, o maggiore della distanza tra i poli principali.
3. Magnete secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che i poli principali ed i poli secondari presentano vettori di magnetizzazione (MI, M2) fra loro paralleli ed orientati nello stesso verso, mentre gli inserti magnetizzati (4, 14) presentano un vettore di magnetizzazione (M3) con almeno una componente trasversale ai vettori di magnetizzazione (MI, M2) dei poli principali e secondari {2, 3) o parallela alle facce dei detti poli (2, 3) e la quale componente è orientata in direzione del polo principale (2).
4. Magnete secondo una o più delle precedenti rivendicazioni, caratterizzato dal fatto che i poli principali (2, 12) ed i poli secondari (3, 13) sono composti da uno strato di materiale magnetizzato (102, 103, 112, 113) e da una piastra di materiale ad elevata permeabilità magnetica (202, 212, 203, 213), essendo le due piastre disposte in modo tale che le facce libere interne dei poli (2, 3) sono parallele tra loro.
Magnete secondo la rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che le piastre (202, 212, 203, 213) di materiale ferromagnetico dei poli principali e secondari (2, 3) sono distanziate fra loro.
6. Magnete secondo le rivendicazioni 4 o 5, caratterizzato dal fatto che lo strato ( 102 , 103, 112 , 113) di materiale magnetizzato associato ai poli (2, 12, 3, 13) presenta uno stesso spessore per ambedue i poli o spessori diversi ee·d è dello stesso materiale o di materiali diversi.
7. Magnete secondo una o più qualsivoglia delle precedenti rivendicazioni 6, caratterizzato dal fatto che le piastre di materiale ferromagnetico o ad elevata permeabilità (202, 203, 212, 213) associate ai poli (2, 12, 3, 13) presentano uno stesso spessore per ambedue i poli o spessori diversi.
8. Magnete secondo una o più qualsivoglia delle precedenti rivendicazioni, caratterizzato dal fatto che gli strati di materiale magnetizzato (102, 103, 112, 113) associati ai poli (2, 3, 12, 13) sono a contatto fra loro, mentre nella gola fra le piastre (202, 203, 212, 213) di materiale ferromagnetico di adiacenti poli principali e secondari (2, 3, 12, 13) è alloggiato un inserto magnetizzato (4, 14) che è a diretto contatto con uno od ambedue gli strati di materiale magnetizzato (102, 103, 112, 113) e con gli affacciati bordi delle piastre (202, 203, 212, 213) di materiale ad elevata permeabilità.
9. Magnete secondo una o più delle precedenti rivendicazioni, caratterizzato dal fatto che gli inserti magnetizzati (4, 14) sono composti da uno strato di materiale magnetizzato (204) e da uno strato di materiale a bassa permeabilità, ad esempio alluminio (104), essendo lo strato (104) di materiale a bassa permeabilità disposto a diretto contatto con gli strati di materiale magnetizzato (102, 103, 112, 113) dei poli secondari e principali (2, 3, 12, 13).
10. Magnete secondo una o più delle precedenti rivendicazioni, caratterizzato dal fatto che lo strato di materiale a bassa permeabilità (104) degli inserti magnetizzati (4, 14) è realizzato a guisa di cassettìna o condotto dì alloggiamento dello strato di materiale magnetizzato (4) che si interpone fra lo stesso e gli strati di materiale magnetizzato (102, 112, 103, 113) e le piastre (202, 212, 203, 213) dei poli principali e secondari (2, 12, 3, 13).
11. Magnete secondo la rivendicazione 10, caratterizzato dal fatto che l'alloggiamento di materiale a bassa permeabilità (104) degli inserti magnetizzati (4, 14) è chiuso anche sul lato affacciato verso i poli opposti (2, 3, 12, 13).
12. Magnete secondo una o più delle precedenti rivendicazioni, caratterizzato dal fatto che la faccia interna degli inserti magnetizzati (4, 14) si estende a filo ed è parallela con la faccia interna del polo secondario (3, 13) e/o del polo principale (2, 12) ad esso associati.
13. Magnete secondo una o più qualsivoglia delle prececienti. rivendicazioni, caratterizzato dal fatto che la faccia interna degli inserti magnetizzati (4, 14) collega gli spigoli dei bordi affacciati delle acce interne dei due associati poli secondario (3, 13;) e principale (2, 12 ) .
14. Magnete secondo una o più delle precedenti rivendicazioni, caratterizzato dal fatto che il magnete presenta una struttura a guisa di parallelepipedo rettangolo ed è aperto in corrispondenza di un solo lato (101), essendo i poli secondari (3) previsti lungo i bordi del detto lato paralleli al polo principale (2) e con estensione almeno parziale e corrispondente a quella del polo principale in direzione parallela al lato aperto (101).
15. Magnete secondo una o più qualsivoglia delle rivendicazioni 1 a 13, caratterizzato dal fatto che è di forma parallelepipeda rettangolare ed è aperto su due opposti lati (101, 401), essendo previsto un polo secondario lungo i bordi di ciascun lato aperto (101, 401) paralleli al corrispondente polo principale (2).
16. Magnete secondo una o più delle precedenti rivendicazioni 1 a 13, caratterizzato dal fatto che presenta una forma a guisa di parallelepipedo rettangolo ed è aperto in corrispondenza di tre lati (101, 501, 401) tra loro adiacenti, essendo un lato (501) aperto parallelo ad un lato trasversale (601) di raccordo di due ulteriori lati paralleli (201, 301 ) che ortano i poli principali (2), mentre i poli secondari (3) sono previsti almeno lungo i bordi del lato aperto (501 ) SI estendono corrispondentemente all'estensione del polo principale in direzione parallela al detto lato aperto (501)
17. Magnete secondo la rivendicazione 16, caratterizzato dal fatto che i poli principali (2) e quelli secondari (3) ed eventualmente gli inserti magnetizzati (4) si estendono per l'intera lunghezza del lato aperto (501) fra i due opposti ulteriori lati aperti (101, 401).
18. Magnete secondo le rivendicazioni 16 o 17, caratterizzato dal fatto che i poli secondari (3) ed eventualmente gli inserti magnetizzati (4) sono previsti anche lungo i restanti due lati aperti (101, 401).
19. Magnete secondo la rivendicazione 17, caratterizzato dal fatto che i poli secondari (3) ed eventualmente gli inserti magnetizzati (4) lungo i due lati aperti (101, 401) fra loro opposti si estendono almeno per la corrispondente estensione del polo principale (2).
20. Magnete secondo la rivendicazione 19, caratterizzato dal fatto che i poli secondari (3) ed eventualmente gli inserti magnetizzati (4, 14) si estenin modo tale da attestarsi reciprocamente l'uno contro l'altro nelle zone d'angolo tra lati aperti ( 101 , 401 , 501) circondando completamente i lati dei poli principali (2 , 12) affacciati verso le aperture.
21. Magnete secondo la rivendicazione 20, caratterizzato dal fatto che i poli secondari (3) ed eventualmente gli inserti magnetizzati (4, 14) circondano completamente ed a guisa di cornici coassiali i lati dei poli principali (2, 12) rivolti verso le aperture.
22. Magnete secondo una o più delle rivendicazioni 16 a 21, caratterizzato dal fatto che sul lato (601) trasversale ai poli principali (2) è previsto un elemento di materiale magnetizzato (5) con vettore di magnetizzazione (M4) con almeno una componente trasversale al vettore di magnetizzazione (MI) dei polì principali (2), la quale componente è orientata in direzione del detto lato trasversale (601).
23. Magnete secondo la rivendicazione 22, caratterizzato dal fatto che detto elemento di materiale magnetizzato (5) presenta una faccia rivolta verso i poli principali (2) che può essere piana e perpendicolare alle facce interne degli stessi, concava o convessa, mentre l'elemento (5) di materiale magnetizzato può essere diviso in due parti eventualmente anche fra loro distanziate simmetricamente al piano mediano parallelo alle facce dei poli.
24. Magnete secondo le rivendicazioni 23 o 24, caratterizzato dal fatto che l'elemento di materiale magnetizzato (5) o gli elementi possono terminare ad una certa distanza dai poli (2) principali oppure a contatto con gli stessi, con lo strato di materiale magnetizzato (102) e/o con la piastra (202) o con ambedue le dette parti.
25. Magnete secondo una o più qualsivoglia delle rivendicazioni 23 a 25, caratterizzato dal fatto che l'elemento o gli elementi di materiale magnetizzato (5) si estendono per l'intera lunghezza del lato (601) trasversale ai poli (2) o solamente per parte di detto lato, preferibilmente corrispondentemente all'estensione dei poli (2) stessi.
26. Magnete secondo una o più delle precedenti rivendicazioni, caratterizzato dal fatto che i poli principali (2) presentano lungo il bordo rivolto verso l'apertura (501) parallela al lato trasversale agli stessi (601) almeno una costola, sporgente in direzione dell'opposto polo principale (2).
27. Magnete secondo la rivendicazione 26 caratterizzato dal fatto che la costola (7) è di materiale ad elevata permeabilità.
28. Magnete secondo le rivendicazioni 26 o 27, Caratterizzato dal fatto che la costola (7) si estende per l'intera lunghezza del corrispondente polo principale (2) o per parte della detta lunghezza.
29. Magnete secondo una o più delle precedenti rivendicazioni 26 a 28, caratterizzato dal fatto che la costola (7) presenta una sezione a forma di trapezio rettangolo e si estende a filo con il bordo del corrispondente polo principale (2) opposto all'apertura (501).
30. Magnete secondo una o più delle precedenti rivendicazioni, caratterizzato dal fatto che è di forma parallelepipeda o cilindrica, essendo aperto sull'intero mantello, ed essendo i poli principali (12) previsti su due opposte piastre (10), mentre i poli secondari (13) e gli eventuali inserti magnetizzati (14) sono disposti concentricamente intorno ai poli principali (12) e si estendono senza soluzione di continuità a guisa di cornice.
31. Magnete secondo la rivendicazione 30, caratterizzato dal fatto che i poli secondari (13) e gli eventuali inserti magnetizzati (14) sono costituiti da segmenti di prestabilita lunghezza e disposti equidistanziati fra loro intorno ai poli principali (12).
32. Magnete secondo la rivendicazione 31, caratterizzato dal fatto che i poli principali (12) presentano una pianta poligonale, mentre i poli secondari (13) e gli eventuali inserti magnetizzati (14) sono di forma rettangolare o quadrata e si estendono solamente per la lunghezza dell'associato lato del polo principale ( 12 ) .
33. Magnete secondo una o più delle precedenti rivendicazioni, caratterizzato dal fatto che lo strato di magnetizzazione associato ai poli secondari (3, 13) è complessivamente più spesso di quello associato ai poli principali (2, 12), mentre lo spessore delle piastre di materiale ad elevata permeabilità (202, 203, 212, 213) è tale per cui le facce libere delle dette piastre si estendono almeno complanarmente oppure le facce libere dei polì secondari (13) fra loro opposti sono distanziate in misura maggiore di quelle dei poli principali (12).
34. Magnete secondo una o più delle precedenti rivendicazioni 1 a 31, caratterizzato dal fatto che presenta una forma a U, mentre le estremità dei due lati paralleli opposti si rastremano verso il lato aperto (501) opposto al lato trasversale chiuso (601), essendo previsti smussi (701) degli spigoli perpendicolari ai poli ed i quali smussi possono estendersi per la profondità del polo secondario (3).
35. Magnete permanente per il rilevamento d'immagini in risonanza magnetica nucleare, in tutto od in parte, come descritto, illustrato e per gli scopi su esposti.