ITTO20090789A1

ITTO20090789A1 - Complesso magnetico aperto, particolarmente per la formazione di immagini per risonanza magnetica.

Info

Publication number: ITTO20090789A1
Application number: IT000789A
Authority: IT
Inventors: Franco Bertora; Elisa Molinari; Giulio Sandini; Andrea Viale
Original assignee: Fond Istituto Italiano Di T Ecnologia
Priority date: 2009-10-19
Filing date: 2009-10-19
Publication date: 2011-04-20
Also published as: WO2011048537A1; EP2491416B1; EP2491416A1; US8849363B2; US20120202696A1; IT1396080B1

Description

DESCRIZIONE dell'invenzione industriale dal titolo: â€œComplesso magnetico aperto, particolarmente per la formazione di immagini per risonanza magneticaâ€

DESCRIZIONE

La presente invenzione riguarda la generazione di campi magnetici, in particolare per la formazione di immagini da risonanza magnetica.

PiÃ¹ specificamente, l'invenzione riguarda un complesso magnetico secondo il preambolo della rivendicazione 1.

La formazione di immagini da risonanza magnetica (MRI) richiede un campo magnetico di alta intensitÃ ed uniformitÃ su una regione di interesse. Nel caso di formazione di immagini di soggetti umani Ã ̈ anche necessario che la conformazione del magnete sia tale da poter permettere facilmente il posizionamento del soggetto da esaminare, in modo che il volume da esaminare si trovi in corrispondenza della regione di omogeneitÃ del campo, ossia della regione in cui il campo magnetico presenta intensitÃ costante ed Ã ̈ unidirezionale.

I campi elettromagnetici sono governati dalle equazioni di Maxwell che non ammettono l'esistenza di campi uniformi nell'aria, se non in volumi completamente racchiusi all'interno di elementi generatori del campo stesso. Generalmente, perÃ², la cavitÃ del magnete Ã ̈ prevista per il posizionamento del soggetto da esaminare. Ãˆ quindi a priori esclusa la possibilitÃ di realizzare un magnete che fornisca un campo perfettamente omogeneo ed allo stesso tempo presenti aperture adatte all'introduzione del paziente.

L'arte della realizzazione di magneti adatti alla formazione di immagini da risonanza magnetica Ã ̈ quindi stata centrata sull'individuazione di tecniche che permettessero di approssimare al meglio le condizioni desiderate impiegando generatori di campo magnetico costituiti da avvolgimenti conduttivi, all'interno dei quali si fa scorrere una corrente elettrica continua, o da blocchi di materiale magnetizzato. Le tecniche impiegate al riguardo sono molte e differiscono in modo sostanziale a seconda che il campo sia generato da avvolgimenti o da blocchi di materiale magnetizzato. Da un punto di vista basilare, perÃ², i principi fisici sono gli stessi.

Lo stato corrente dell'arte nel campo della formazione di immagini da risonanza magnetica (MRI) richiede intensitÃ di campo che vanno da un minimo di 1 Tesla fino a valori di 8 o 9 Tesla. La forma costruttiva piÃ¹ comune per un generatore di campo magnetico destinato ad applicazioni di MRI Ã ̈ quella di una serie di bobine circolari avvolte a differenti diametri e distanze assiali su di un unico asse di simmetria cilindrica. Una opportuna scelta delle dimensioni delle bobine e della loro collocazione permette di ottenere campi con le caratteristiche di intensitÃ ed omogeneitÃ richieste sul volume di interesse, che Ã ̈ situato in prossimitÃ del centro della struttura. L'impiego di bobine esterne in cui la corrente fluisce in direzione opposta a quelle interne permette inoltre la â€œschermaturaâ€ , ovvero la riduzione del campo nelle regioni in cui questo non Ã ̈ necessario (od addirittura dannoso).

In conseguenza di questa scelta costruttiva il magnete assume la forma di un cilindro all'interno del quale collocare il paziente. La regione di formazione di immagini risulta essere vicina al centro del cilindro ed Ã ̈ quindi difficilmente accessibile dall'esterno. PoichÃ© spesso nella regione di formazione di immagini viene posizionata la testa (esami dell'encefalo) od il torace o la vita del paziente (esami cardiaci o addominali), questâ€™ultimo si trova racchiuso nel volume cilindrico del magnete, il che genera spesso situazioni di ansietÃ , disagio o aperta claustrofobia che, in percentuali non trascurabili di casi, rendono impossibile l'esame.

Le tecniche progettuali e realizzative di magneti permanenti (basati cioÃ ̈ sull'impiego di materiali magnetizzati) sono sostanzialmente differenti. Un magnete permanente puÃ² essere realizzato con una composizione di blocchi poliedrici di materiale magnetizzato, che ha la proprietÃ di generare un campo perfettamente uniforme nella cavitÃ del magnete quando tale cavitÃ Ã ̈ completamente racchiusa. La rimozione di una parete della cavitÃ produce un deterioramento delle qualitÃ del campo, da correggersi aggiungendo blocchi ausiliari appositamente dimensionati e posizionati.

L'uso di materiali magnetici permanenti limita tuttavia l'intensitÃ massima di campo raggiungibile che risulta essere oggi dell'ordine di 0,5-0,8 Tesla, al di sotto quindi dei livelli correntemente offerti dai magneti superconduttivi.

In definitiva, la generazione di un campo magnetico uniforme in una regione di interesse entro una cavitÃ o un volume di spazio aperto, accessibile da un paziente, Ã ̈ generalmente ottenuta a discapito dell'efficienza, che Ã ̈ definita come il rapporto tra l'energia del campo magnetico compreso nella regione spaziale di interesse e l'energia totale impiegata per generare il suddetto campo, ovvero come il rapporto tra l'intensitÃ del campo magnetico nella regione spaziale di interesse e la densitÃ di corrente di picco che fluisce negli avvolgimenti eccitatori del suddetto campo.

Secondo la teoria dei campi magnetici una regione di uniformitÃ del campo magnetico in un volume non percorso da correnti elettriche, quale Ã ̈ appunto la regione di interesse per le applicazioni di cui si tratta, puÃ² esistere esclusivamente nell'intorno di un punto di sella. CiÃ² Ã ̈ conseguenza del fatto che non possono esistere massimi o minimi del campo in un volume non percorso da correnti. Inoltre, l'intensitÃ del campo decresce all'aumentare della distanza dalle correnti generatrici.

Il problema teorico e pratico di progettare un magnete aperto si riduce pertanto al problema di determinare una configurazione atta a generare un punto di sella del campo magnetico in una regione per quanto possibile lontana dalla struttura magnetica, e quindi accessibile, ma in cui l'intensitÃ del campo Ã ̈ ancora sufficientemente elevata per l'applicazione di interesse.

Una panoramica delle tecniche note per generare campi magnetici uniformi remoti, ossia in regioni di spazio esterne alla struttura generatrice del campo, Ã ̈ contenuta nell'articolo "Generation of Remote Homogeneous Magnetic Fields" di Yuly, M. Pulyer e M. Hrovat, pubblicato in IEEE Transactions on Magnetics, 38, 2003 (1553). L'articolo riporta le undici configurazioni proposte in letteratura per generare campi magnetici uniformi per applicazioni di formazione di immagini da risonanza magnetica, sia di tipo aperto che di tipo chiuso, e per ciascuna di esse il corrispondente modello a dipoli che descrive schematicamente le caratteristiche salienti delle strutture. E' interessante notare che tutti gli undici modelli sono riconducibili ad uno o piÃ¹ dipoli di intensitÃ variabile, i cui vettori sono colineari, secondo versi concordi od opposti, o paralleli, nel qual caso non sono mai rivolti nella medesima direzione.

Tipici esempi di strutture per la generazione di un campo magnetico con le proprietÃ desiderate sono le configurazioni a bobine separate, che includono due corti solenoidi affacciati ed orientati nella medesima direzione o in direzioni opposte, le configurazioni basate su combinazioni di bobine piatte (pancake) coassiali che generano differenti intensitÃ di campo, o le combinazioni di strutture piÃ¹ elaborate di due o quattro dipoli paralleli o antiparalleli.

Di fatto, le strutture che hanno trovato sinora un'applicazione pratica nella formazione di immagini da risonanza magnetica sono le configurazioni di avvolgimenti a bobine separate, o i magneti di volume conformati a C od a H.

Un esame piÃ¹ approfondito di queste strutture consente di attribuire loro una classificazione sulla base del proprio "grado di apertura", che puÃ² essere quantificato attraverso il fattore di apertura, definito come il rapporto tra l'angolo solido sotteso dall'apertura totale, visto dal centro della regione di interesse, e l'intero angolo solido di 4Ï€.

E' immediatamente evidente ad un esperto del settore che l'efficienza di un complesso magnetico Ã ̈ tanto minore quanto maggiore Ã ̈ il numero di lati aperti della struttura. Ad esempio, un magnete solenoidale o "a tunnel" Ã ̈ aperto alle facce estreme opposte, perpendicolari alla direzione del vettore di campo magnetico, un magnete a C Ã ̈ aperto su quattro facce parallele al campo (inviluppo del traferro), una struttura di magnete "a pancake" comprendente bobine piatte coassiali (quale ad esempio descritta in US 4 701 736 o US 5 428 292) risulta aperta su cinque facce, quattro parallele al campo ed una perpendicolare ad esso.

Si consideri ad esempio un avvolgimento cilindrico (solenoide) avente lunghezza pari al proprio diametro, un magnete a C con una coppia di espansioni polari piane di sezione circolare separate da una distanza pari al loro diametro, e - per confronto - un solenoide infinito del medesimo diametro. Il campo magnetico nella regione di interesse Ã ̈ strettamente correlato con il fattore di apertura. Di conseguenza, in un magnete di struttura a C il rapporto tra distanza e diametro delle espansioni polari deve essere mantenuto basso, tipicamente dell'ordine di 0.5, se si vuole ottenere una buona efficienza. Analogamente, un solenoide deve una lunghezza almeno 1,5-2 volte maggiore del proprio diametro. I corrispondenti fattori di apertura saranno 0,2929 per il solenoide e 0,7071 per il magnete a C. Tuttavia, mentre in una struttura di magnete a C l'intensitÃ del campo in un piano mediano presenta un massimo in corrispondenza del centro, in una struttura a solenoide la situazione Ã ̈ inversa ed il valore massimo dell'intensitÃ del campo Ã ̈ adiacente alle pareti interne.

Dal punto di vista dell'efficienza Ã ̈ desiderabile che la regione di interesse sia localizzata quanto piÃ¹ possibile in prossimitÃ di una parete piuttosto che al centro di una regione priva di correnti.

Tali considerazioni si scontrano tuttavia con l'esigenza di particolari applicazioni di formazione di immagini per risonanza magnetica, ad esempio per lo studio della corteccia motoria umana, ove Ã ̈ richiesto che il paziente sia mantenuto in una posizione naturale eretta o seduta, con libertÃ di movimenti.

La presente invenzione si prefigge lo scopo di realizzare un complesso magnetico a struttura aperta atto a produrre un campo magnetico omogeneo in una regione di interesse accessibile e sufficientemente prossima alla struttura di magnete per garantire una elevata efficienza del complesso.

Secondo la presente invenzione tale scopo viene raggiunto grazie ad un complesso magnetico avente le caratteristiche richiamate nella rivendicazione 1.

Modi particolari di realizzazione formano oggetto delle rivendicazioni dipendenti, il cui contenuto Ã ̈ da intendersi come parte integrale o integrante della presente descrizione.

Forma ulteriore oggetto dell'invenzione una apparecchiatura per la formazione di immagini da risonanza magnetica, come rivendicato.

In sintesi, la presente invenzione si fonda sul principio di ottenere un campo magnetico omogeneo in una regione di interesse per addizione di campi generati da strutture differenti, invece che per correzione delle distorsioni causate dall'apertura di una struttura chiusa generatrice di un campo uniforme.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi dell'invenzione verranno piÃ¹ dettagliatamente esposti nella descrizione particolareggiata seguente di una sua forma di attuazione, data a titolo di esempio non limitativo, con riferimento ai disegni allegati, nei quali:

la figura 1 Ã ̈ una rappresentazione schematica di una forma di realizzazione del complesso magnetico oggetto dell'invenzione;

la figura 2 Ã ̈ una rappresentazione schematica di una variante di realizzazione del complesso magnetico illustrato in figura 1;

la figura 3 Ã ̈ una rappresentazione schematizzata di una apparecchiatura per la formazione di immagini da risonanza magnetica impiegante un complesso magnetico secondo l'invenzione;

le figure 4a e 4b sono rispettivamente una rappresentazione geometrica di una striscia di corrente infinita e un diagramma indicativo dell'andamento di una componente del campo magnetico generato dalla striscia in un verso di allontanamento da essa;

la figura 5 Ã ̈ una rappresentazione geometrica di un circuito di corrente completo includente un foglio di corrente finito e percorsi di ricircolo della corrente;

la figura 6 Ã ̈ una rappresentazione realistica di una struttura del complesso magnetico oggetto dell'invenzione; e

le figure da 7 a 10 sono diagrammi del campo magnetico generato dal complesso magnetico di figura 6 e dalle singole strutture magnetiche che lo compongono.

Un complesso magnetico oggetto dell'invenzione, indicato con M, Ã ̈ rappresentato in figura 1, e comprende una prima sorgente di campo magnetico 10 ed una seconda sorgente di campo magnetico 12 accoppiate. La prima sorgente di campo 10 comprende una struttura conduttrice, preferibilmente superconduttrice, di corrente mentre la seconda sorgente di campo 12 comprende un blocco di materiale magnetizzato o di un magnete di volume di forma prismatica cui sono associati avvolgimenti di materiale conduttore o superconduttore.

Il complesso magnetico M definisce una cavitÃ di magnete C aperta da tre lati entro cui Ã ̈ individuata una regione spaziale accessibile di interesse, e presenta una struttura complessiva simmetrica rispetto ad un piano mediano longitudinale di simmetria yz. Entrambe le sorgenti generano un contributo al campo magnetico risultante, di seguito identificati rispettivamente come campo magnetico principale e campo magnetico di compensazione.

La prima sorgente di campo magnetico, di cui un modello elettrico Ã ̈ rappresentato in figura 5, comprende una piastra o simile struttura bidimensionale di materiale conduttore o superconduttore 20, ad esempio in lega di Nb e Ti, Mg e B o altre di proprietÃ superconduttive simili, atta ad essere percorsa da un flusso di corrente I unidirezionale (indicato schematicamente in figura dalle frecce parallele) da un bordo di ingresso 22 ad un bordo di uscita 24 lungo una direzione longitudinale, tale per cui puÃ² essere rappresentata teoricamente in un modello elettrico da un foglio di corrente. La corrente I genera nel volume di spazio affacciato alla piastra un campo magnetico principale sostanzialmente unidirezionale orientato lungo una direzione parallela alla piastra, che decade assai rapidamente allontanandosi da essa.

Una coppia di anelli 30 di ricircolo della corrente fluente nella piastra, collocati ai lati della piastra simmetricamente rispetto al piano mediano longitudinale di simmetria, collega il bordo di uscita 24 della piastra con il bordo di ingresso 22 della medesima e chiude il circuito di corrente.

Gli anelli 30 di ricircolo della corrente sono formati ciascuno da un nastro conduttore o superconduttore che giace interamente in un rispettivo piano ortogonale alla piastra e parallelo alla direzione del flusso di corrente.

In una forma di realizzazione alternativa, mostrata in figura 2, gli anelli di ricircolo della corrente sono formati da un nastro conduttore o superconduttore che giace su una superficie cilindrica avente asse parallelo all'asse della piastra normale alla direzione del flusso di corrente.

In una ulteriore forma di realizzazione (non illustrata) gli anelli di ricircolo della corrente sono formati da un nastro conduttore o superconduttore e comprendono ciascuno un segmento iniziale ed un segmento terminale giacenti in un piano ortogonale al piano della piastra e parallelo alla direzione del flusso di corrente, ed un segmento intermedio ripiegato in modo tale da disporsi in un piano sostanzialmente parallelo al piano della piastra, in modo tale da ridurre vantaggiosamente la profonditÃ della cavitÃ dando luogo ad una maggiore apertura.

In una forma di realizzazione ulteriormente alternativa, non raffigurata, gli anelli di ricircolo della corrente sono formati da un filo conduttore o superconduttore.

Ulteriori varianti di realizzazione ugualmente possibili contemplano un unico percorso di ricircolo della corrente mediano, o un unico percorso di ricircolo della corrente disposto da un lato della piastra in una disposizione asimmetrica.

In generale, Ã ̈ preferibile che entrambi i percorsi di ricircolo L della corrente giacciano su piani (superfici) ortogonali al piano della piastra e paralleli ai suoi lati. Tali percorsi possono essere poligonali o circolari, o seguire le traiettorie piÃ¹ convenienti alla generazione di un contributo al campo magnetico complessivo nella regione di interesse.

Anche la forma rettangolare della piastra Ã ̈ puramente indicativa, potendosi contemplare altre forme poligonali o forme piÃ¹ complesse con lati curvi, purchÃ© simmetriche rispetto ad un piano mediano longitudinale, cosÃ¬ come anche superfici non piane, ottenibili curvando la piastra intorno ad un asse normale al flusso della corrente e parallelo ad una dimensione della piastra.

In generale, con piastra si intenderÃ nel seguito qualsiasi struttura sostanzialmente bidimensionale, semplice o composita, atta a sostenere una distribuzione bidimensionale di corrente ampia, ad esempio ottenibile per accostamento di fili o nastri conduttori.

Convenientemente, la sorgente 10 comprende anche uno strato di materiale ferromagnetico associato alla superficie della piastra rivolta da parte opposta alla cavitÃ di magnete, in modo tale da raddoppiare l'intensitÃ di campo prodotta all'interno della cavitÃ .

La seconda sorgente di campo magnetico 12 Ã ̈ formata da un corpo magnetico a C 40 di forma prismatica simmetrica rispetto al piano di simmetria yz comune della sorgente 10. Il corpo magnetico a C 40 Ã ̈ formato da un volume di materiale magnetizzato o di materiale magnetico al quale Ã ̈ associata una disposizione di avvolgimenti, che abbraccia la prima sorgente di campo magnetico 10, e le cui espansioni polari giacciono nei piani definiti dagli anelli di ricircolo della corrente 30.

Questa sorgente Ã ̈ predisposta per generare una componente di campo magnetico di compensazione avente un orientamento corrispondente a quello del campo magnetico principale generato dalla prima sorgente, e la cui intensitÃ presenta un gradiente in direzione normale alla piastra conduttrice atto a compensare, nella regione di interesse, il gradiente opposto della intensitÃ del campo generata dalla prima sorgente.

Una rappresentazione dell'utilizzo di un complesso magnetico del tipo mostrato in figura 1 o 2 per la realizzazione di una apparecchiatura A per la formazione di immagini da risonanza magnetica Ã ̈ mostrata schematicamente in figura 3.

La struttura della prima sorgente di campo 10 forma una parete di fondo W della apparecchiatura in corrispondenza della piastra conduttrice, e pareti laterali S in corrispondenza degli anelli di chiusura della corrente. La struttura della seconda sorgente di campo 12 cinge trasversalmente la parete di fondo W e le pareti laterali S lasciando un volume di spazio aperto C, accessibile da tre lati.

Come si comprende chiaramente, un paziente H puÃ² essere accolto nella cavitÃ C del complesso, facilmente accessibile, e posizionato nella regione di interesse in prossimitÃ della parete di fondo, ove puÃ² essere sottoposto ad un campo magnetico omogeneo per l'intero volume che si intende indagare. Il paziente puÃ² essere ricevuto nella cavitÃ in posizione seduta o in piedi, e puÃ² godere di una seppur limitata possibilitÃ di movimento nello spazio.

Una analisi del comportamento magnetico del complesso oggetto dell'invenzione puÃ² essere svolta a partire da una serie di considerazioni teoriche e modelli matematici, ed Ã ̈ fornita nel seguito della descrizione.

Muovendo dalla considerazione che l'efficienza di una struttura magnetica formata da conduttori di corrente, ossia l'intensitÃ del campo per una data densitÃ di corrente, Ã ̈ maggiore in prossimitÃ di una parete della struttura, ciÃ² che Ã ̈ vero in strutture tridimensionali chiuse come, ad esempio, un solenoide, si consideri una struttura conduttrice bidimensionale, quale una striscia conduttrice infinita (striscia di corrente) mostrata schematicamente in figura 4a, di larghezza w finita, in cui fluisce una corrente I secondo la direzione longitudinale.

Il campo prodotto in un punto P(x, y) da una striscia che giace nel piano xz, estesa da x1ad x2, lungo la quale fluisce una intensitÃ di corrente I nella direzione z, puÃ² essere calcolato integrando l'espressione del campo generato da un filo di corrente infinito.

Le componenti di campo risultano essere:

Se si conduce una analisi delle proprietÃ della striscia conduttrice si nota che la componente del campo magnetico parallela al piano della striscia (Bx), misurata in un piano mediano normale alla striscia, nella condizione teorica di larghezza infinita ha valore iniziale pari a Î1⁄40j/2, dove Î1⁄40Ã ̈ la permeabilitÃ magnetica del vuoto e j Ã ̈ la densitÃ di corrente lineare in A/m, in un punto infinitamente vicino alla superficie della striscia, e quindi decresce secondo la legge

all'aumentare della distanza y dalla striscia (come rappresentato in figura 4b).

La componente normale Byinvece tende al valore nullo, ossia By= 0.

Per una striscia di larghezza finita w, il campo ed il gradiente nel piano mediano yz sono esprimibili come:

dove rappresenta una distanza normalizzata dalla striscia.

Ad una distanza dalla striscia pari al 30% della larghezza della striscia medesima, la componente del campo magnetico parallela al piano della striscia presenta un valore pari a circa 0,3Î1⁄40j, ovvero pari al 60% del valore del campo in un solenoide infinito attraverso cui fluisce la stessa densitÃ di corrente. La medesima intensitÃ di campo sarebbe prodotta al centro di un solenoide di lunghezza pari a 0,8 volte il suo diametro, ma quest'ultima struttura avrebbe un fattore di apertura pari solo a 0,3753, mentre una striscia infinita presenta un fattore di apertura equivalente pari a circa 0,83. La maggiore efficienza della striscia di corrente in queste condizioni Ã ̈ evidente.

Una striscia di corrente infinita Ã ̈ tuttavia una struttura teorica non realizzabile in pratica. Quanto piÃ¹ approssima tale struttura Ã ̈, trascurando al momento la condizione di continuitÃ della corrente, un segmento isolato della striscia di corrente, di lunghezza finita l nella direzione del flusso di corrente, come rappresentato in figura 5, di seguito indicato come foglio di corrente e praticamente realizzabile nella forma di una piastra conduttrice o superconduttrice.

L'applicazione della legge di Biot-Savart alla struttura del foglio di corrente isolato di lunghezza e larghezza unitarie porta al calcolo di espressioni matematiche complicate, qui non riprodotte, ma alla portata di un tecnico del settore, che risultano in un valore pari a 0,26Î1⁄40j per la componente di campo magnetico parallela al piano del foglio, notevolmente simile a quella ottenuta nel caso teorico di striscia infinita. Il fattore di apertura Ã ̈ in questo caso pari a 0,7370.

Nella pratica, il circuito rappresentato dal foglio di corrente deve essere chiuso per soddisfare la condizione di continuitÃ della corrente, ed un possibile, vantaggioso modo di farlo Ã ̈ sempre mostrato in figura 5, dove i percorsi di corrente sono schematizzati da modelli di strutture conduttrici unidimensionali. I percorsi di corrente aggiunti riducono il grado di apertura della struttura complessiva, ma al contempo contribuiscono positivamente all'intensitÃ di campo nella regione di interesse. Infatti, i contributi al campo da parte dei tratti degli anelli di chiusura contribuiscono alla generazione di una intensitÃ di campo sostanzialmente pari a quella generata dal foglio di corrente principale. Il contributo al campo da parte dei segmenti di raccordo tra il foglio di corrente e i percorsi di chiusura della corrente puÃ² invece essere considerato trascurabile, per via dell'orientamento del relativo flusso di corrente.

Il risultato per una struttura cubica (l = w = a) Ã ̈ una intensitÃ di campo dell'ordine di 0,41Î1⁄40j con un fattore di apertura pari a 0,5 ed accesso libero alla cavitÃ di magnete da tre lati.

Il rapporto di aspetto del foglio di corrente, nonchÃ© le dimensioni delle strisce di corrente che con esso formano un circuito di corrente chiuso, determinano una intensitÃ di campo essenzialmente uniforme nella direzione trasversale del foglio di corrente, eccezion fatta per un gradiente sostanziale in una direzione perpendicolare ad esso.

A titolo di esempio, una struttura avente l = 1,5w ed a = 1,5w genererebbe una intensitÃ di campo pari a 0,52Î1⁄40j con un fattore di apertura pari a 0,2873.

Il gradiente Ã ̈ corretto sommandovi un gradiente di opposta polaritÃ , quale ad esempio il campo disperso di un magnete a C le cui espansioni polari giacciono nello stesso piano dei percorsi di chiusura della corrente.

Una simulazione matematica del complesso magnetico descritto, riferita ad un progetto realistico di realizzazione rappresentato in figura 6, Ã ̈ stata eseguita in vista della fabbricazione di una apparecchiatura di scansione per formazione di immagini da risonanza magnetica rivolta allo studio della corteccia motoria di un soggetto.

Nella forma di realizzazione di figura 6, la prima sorgente di campo 10 comprende una pluralitÃ di nastri conduttori o superconduttori di corrente giustapposti in una porzione centrale in corrispondenza di un segmento rettilineo intermedio per formare la struttura a piastra di corrente 20, i quali sono poi separati in due sottoinsiemi, ciascuno dei quali costituisce un percorso di ricircolo della corrente 30.

La cavitÃ del complesso magnetico a livello degli avvolgimenti, ovvero senza tener conto dell'ingombro dal criostato (che diminuisce le dimensioni effettive della cavitÃ di almeno una decina di centimetri per lato) presenta dimensioni di profonditÃ , altezza e larghezza pari a 1,0m x 1,5m x 1m. L'intensitÃ di campo obiettivo di 1,5 Tesla Ã ̈ stata ottenuta con una densitÃ di corrente di 27x10<6>A/m<2>nella struttura principale e di 35x10<6>A/m<2>negli avvolgimenti della struttura di compensazione, ottenuta da un flusso di corrente di 400A in un cavo di Nb-Ti del diametro di 2,3mm.

L'omogeneitÃ di campo cosÃ¬ ottenuta Ã ̈ dell'ordine di 5700 ppm sulla superficie di una sfera del diametro di 150mm, l'energia totale immagazzinata negli avvolgimenti Ã ̈ di circa 10MJ e l'induttanza totale Ã ̈ di 130H.

E' possibile aggiungere ulteriori avvolgimenti laterali di correzione, disposti sulle facce parallele della cavitÃ , atti a perturbare il campo generato per recuperare eventuali disomogeneitÃ dovute ad errori residui e tolleranze di fabbricazione.

I diagrammi delle figure 7 ed 8 mostrano l'intensitÃ della componente Bxdel campo magnetico nel piano yz, rispettivamente generata dalla prima e dalla seconda sorgente di campo.

La composizione dei due campi Ã ̈ illustrata nel diagramma di figura 9, ove si puÃ² vedere chiaramente la regione di campo omogeneo nell'intorno di un punto di sella avente ordine derivativo 2, e nel diagramma di figura 10.

Un ulteriore effetto del magnete a C di compensazione del campo magnetico principale generato dalla struttura conduttiva oggetto dell'invenzione Ã ̈ quello di accrescere l'intensitÃ del campo nella regione di interesse, ottenendo cosÃ¬ il risultato di generare un campo uniforme in una struttura di magnete aperta senza diminuzioni dell'efficienza, come tipicamente accade quando la compensazione degli andamenti del campo avviene per combinazione di campi magnetici opposti, ossia per sottrazione delle intensitÃ di campo magnetico.

Naturalmente, fermo restando il principio dell'invenzione, le forme di attuazione ed i particolari di realizzazione potranno essere ampiamente variati rispetto a quanto Ã ̈ stato descritto ed illustrato a puro titolo di esempio non limitativo, senza per questo allontanarsi dall'ambito di protezione dell'invenzione definito dalle rivendicazioni allegate.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Complesso magnetico a struttura aperta, atto a generare un campo magnetico omogeneo in una regione spaziale accessibile, comprendente una prima ed una seconda sorgente di campo magnetico (10, 12) accoppiate che definiscono una cavitÃ di magnete (C) aperta da almeno un lato e generano ciascuna un contributo al campo magnetico risultante, caratterizzato dal fatto che la prima sorgente di campo magnetico (10) comprende una piastra conduttrice o superconduttrice (20) atta ad essere percorsa da un flusso di corrente unidirezionale (I) da un bordo di ingresso (22) ad un bordo di uscita (24) lungo una direzione longitudinale, ed a generare nel volume di spazio affacciato alla piastra (20) un campo magnetico sostanzialmente unidirezionale orientato lungo una direzione parallela alla piastra (20), ed almeno un percorso esterno di ricircolo della corrente (30) tra il bordo di uscita (24) ed il bordo di ingresso (22) della piastra, e dal fatto che la seconda sorgente di campo magnetico (12) comprende un volume di materiale magnetizzato o una disposizione di avvolgimenti, predisposti per generare una componente di campo ma gnetico di orientamento corrispondente a quello del campo magnetico generato da detta prima sorgente (10), la cui intensitÃ presenta un gradiente in una direzione normale alla piastra conduttrice (20) atto a compensare, in una regione di interesse, il gradiente opposto della intensitÃ del campo generata dalla prima sorgente (10).
2. Complesso magnetico secondo la rivendicazione 1, in cui la prima sorgente di campo magnetico (10) comprende una coppia di percorsi laterali (30) di ricircolo della corrente (I) fluente nella piastra (20), disposti simmetricamente rispetto ad un piano longitudinale mediano della piastra e collegati ciascuno tra un rispettivo segmento del bordo di uscita (24) di corrente ed un rispettivo segmento del bordo di ingresso (22) di corrente della piastra (20).
3. Complesso magnetico secondo la rivendicazione 2, in cui detti percorsi di ricircolo della corrente (30) giacciono in un rispettivo piano ortogonale al piano della piastra (20).
4. Complesso magnetico secondo la rivendicazione 2, in cui detti percorsi di ricircolo della corrente (30) comprendono una coppia di anelli di ricircolo della corrente (I) formati da un nastro conduttore o superconduttore giacente interamente in un piano ortogonale al piano della piastra (20) e parallelo alla direzione del flusso di corrente.
5. Complesso magnetico secondo la rivendicazione 2, in cui detti percorsi di ricircolo della corrente (30) comprendono una coppia di anelli di ricircolo della corrente (I) formati da un nastro conduttore o superconduttore, ciascuno dei quali include un segmento iniziale ed un segmento terminale giacenti in un piano ortogonale al piano della piastra (20) e parallelo alla direzione del flusso di corrente, ed un segmento intermedio ripiegato in modo tale da disporsi in un piano sostanzialmente parallelo al piano della piastra.
6. Complesso magnetico secondo la rivendicazione 2, in cui detti percorsi di ricircolo della corrente (30) comprendono una coppia di anelli di ricircolo della corrente (I) formati da un nastro conduttore o superconduttore giacente su una superficie cilindrica avente asse parallelo all'asse della piastra (20) normale alla direzione del flusso di corrente.
7. Complesso magnetico secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui piastra conduttrice o superconduttrice (20) Ã ̈ incurvata intorno ad un asse ortogonale al flusso della corrente (I) e parallelo ad una sua dimensione.
8. Complesso magnetico secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui la prima sorgente di campo magnetico (10) comprende uno strato di materiale ferromagnetico associato alla superficie della piastra conduttrice o superconduttrice (20) rivolta da parte opposta alla cavitÃ di magnete (C).
9. Complesso magnetico secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui la seconda sorgente di campo magnetico (12) comprende un corpo magnetico a C (40), abbracciante la prima sorgente di campo magnetico (10), le cui espansioni polari giacciono sostanzialmente nei piani dei percorsi di ricircolo della corrente (30).
10. Apparecchiatura per la formazione di immagini da risonanza magnetica, includente un complesso magnetico (M) secondo le rivendicazioni 1 a 9.