NL8402250A - Kernspin resonantie apparaat met een rechthoekig permanent magnetische magneet. - Google Patents

Description

EHN 11.096 1 N.V. Philips1 Gloeilampenfabrieken te Eindhoven.

Kemspin resonantie apparaat met een rechthoekig permanent magnetische magneet.

De uitvinding heeft betrekking op een kemspin resonantie apparaat net een permanent magnetisch materiaal bevattende magneetstelsel voor het opwekken van een homogeen hoofdmagneetveld, een gradientspoelen-stelsel en een radiofrequentspcel.

5 Een der gelijk apparaat is bekend uit de PCT octrooiaanvrage nr. WO 84/01226. Een bezwaar van het bekende apparaat is, dat, aangezien reeds een geringe afwijking in de magnetisatierichting van het permanent magnetisch materiaal een storende invloed op de veldhcmogeniteit van het op te wekken meetveld heeft, de qua vorm relatief samengestelde 10 blokken, moeilijk voldoende exact gericht gemagnetiseerd kunnen worden. Met de aangegeven nainstelling van de blokken in radiale richting kan een daardoor optredende veldhcmögeniteit veelal niet worden opgeheven. Ook is de opbouw vande magneet in de vorm van een ring van blokken moeilijk.

15 De uitvinding beoogt deze bezwaren te ondervangen en daartoe heeft een kemspin resonantie apparaat van de in de aanhef genoemde soort tot kenmerk, dat het permanent magnetisch materiaal hoofdzakelijk bestaat uit, door. platte vlakken begrensde, dwars gemagnetiseerde staven, die substantieel een rechthoekige veldruimte omsluiten.

20 Uitgaande van, door hun vorm qua richting relatief gemakkelijk exact te magnetiseren staven permanent magnetisch materiaal, wordt een in doorsnede rechthoekige veldruimte gevormd, waarin het magneetveld ook zander nainstelling van de staven in een relatief groot volume, een voor medisch kemspin resonantie onderzoek voldoende homogeniteit bezit.

25 De meetruimte kan een aan de aard van het te verrichten onderzoek aangepaste gearetrie hebben.

In een voorkeursuitvoering bevat de magneet vier staven met als radiale doorsnede een rechthoekige gelijkbenige driehoek waarin de magnetisatierichting samenvalt met de bissectrice van de tophoek. Zij- 30 vlakken van de vier staven bepalen een in doorsnede vierkante veld-ruimte die in lengterichting gezien door de staven wordt omsloten. Van de magneet kan zowel de ribbe als de lengte afmeting vrij worden gekozen waarbij cm wille van de veldhcmogeniteit de lengte bij voorkeur ten 8402250 PHN 11.096 2 f . '% 1 ( minste gelijk aan en bij voorkeur ongeveer 1,5 maal de lengte van de ribbe zal zijn.

In een verdere voorkeursuitvoering bevat de magneet een in doorsnede rechthoekige veldruimte waarvan twee tegenover elkaar gelegen 5 zijden worden gevormd door basisvlakken van permanent magnetische staven met een rechthoekige gelijkbenige driehoek als doorsnede en de andere twee zijden worden gevormd door vlakke begrenzingen van twee tussenstaven met een trapezium als doorsnede. Elk van de aldus gevormde permanente magneten is ansloten door een terugsluitjuk uit materiaal met een relatief 10 hoge permeabiliteit aangebracht voor het kortsluiten en terugvoeren van de aldaar optredende magnetische krachtlijnen. Hierdoor treedt bij deze magneetstelsels althans in dwarsrichting gezien geen storend strooiveld op. De geometrie van het terugsluitjuk kan lokaal aan de aldaar heersende magnetische flux worden aangepast waardoor de massa van het magneetstelsel 15 kan worden gereduceerd .

Door toevoeging van extra magnetische voorzieningen in de vorm van extra permanent magnetisch materiaal, ferro-magnetisch materiaal of electromagnetische spoelen, kan de veldhonogeniteit in de meetruimte worden verhoogd respectievelijk de bruikbare meetruimte worden vergroot. Met deze 20 hulpmiddelen kan eventueel ook specifiek de homogeniteit van het hoofd-veld in de veldruimte meer nabij een van de lengte eindvlakken worden verbeterd.

Door het aanbrengen van een bekleding van de veldruimte met een sterk anisotroop magnetisch materiaal kan de invloed van locale 25 storingen in de richting van de magnetisatie op de veldhomogeniteit in de meetruimte worden geneutraliseerd.

In een verdere uitvoeringsvorm zijn de voor afbeelding nodige gradientspoelen van het apparaat opgenoten in ruimten die door de gekozen configuratie van het permanent magnetisch materiaal in het magneetstelsel 3Q optreden. Bij de frequenties waarbij de gradientspoelen gebruikelijk werken is het permanent magnetisch materiaal,indien daarvoor ferriet wordt gebruikt, daartoe voldoende doorlatend.

Aan de hand van de tekening zullen in het navolgerde enkele voorkeursuitvoeringen volgens de uitvinding nader warden beschreven. In de 35 tekening toont : figuur 1 een kernspin resonantie apparaat uitgerust met een permanent magneet volgens de uitvinding, figuur 2 een schetsmatig overzicht van de opbouw van de configu- 8402250 * jr . £ PM 11.09e 3 ratie van basisvormen van permanente magneten daarvoor, figuur 3 uitvoeringsvormen van dergelijke magneetstelsels in dwarsdoorsnede/ en figuur 4 een dergelijk magneetstelsel voorzien van veldhcmogeni-5 serende magnetische hulpmiddelen.

Ben kemspin resonantie apparaat zoals weergeven in figuur 1 bevat een permanent magneetstelsel 2 voor het opdekken van een stationair homogeen magneetveld H, een magneetstelsel 4 voor het opwekten van magnetische gradientvelden, gebruikelijk gevormd door een drievoudige elek-10 trcmagnetisch spoelenstelsel, een voedingsbron 6 voor het gradientspoelen-stelsel 4 en een radiofrequentspoel 10 voor het opwekten van een radiofrequent elektromagnetisch wisselveld waartoe de spoel 10 is aangesloten qp een radiofrequentbron 12. Eenvoudigheidshalve wordt hier voor detectie van door het radiofrequente veld in een te onderzoeken object opgewekte 15 kemspin resonantie signalen ook gebruik gemaakt van de radiofrequentspoel 10 die daartoe is verbonden met een signaal versterker 14. De signaal-versterker 14 is verbonden met een fasegevoelige gelijkrichter 16 die met een centrale besturingsinrichting 18 is verbonden. De centrale besturingsinrichting 18 stuurt verder een modulator 20 voor de radio-20 frequentbrcn 12, de voedingsbron 6 voer de gradientspoelen en een monitor 22 voor beeldweergave. Ben hoogfrequent oscillator 24 stuurt zowel de modulator 20 als de meetsignalen verwerkende fasegevoelige gelijkrichter 16. De binnen de magneetstelsels 2 en 4 geplaatste zendspoel 10 omsluit een meetruimte 28, die, bij een apparaat voor zogenaamde total body 25 kemspin resonantie metingen, ruim genoeg -is voor het omvatten van een patiënt. In de meetruimte zijn aldus een stationair, homogeen magneetveld H, gradientvelden voor het bepalen van af te beelden lagen van een te onderzoeken object en een ruimtelijk homogeen radiofrequent wisselveld, voer het opwekken van kemspin resonantie signalen, op te wekten. Voor 30 speciale onderzoekingen zoals aan meer perifere lichaamsdelen maar ook voor bijvoorbeeld rugwervelonderzoek kan het gunstiger zijn, voor detectie gebruik te maken van aan het te onderzoeken lichaamsdeel aan te passen radiofrequentspoelen zoals oppervlakte spoelen voor locale lichaamsonder-zoék, zoals hart en rugwervel onderzoek of solenoide-achtige spoelen 35 voer daar in op te nemen, meer perifere lichaarasgedeelten. Bij de laatste valt vooral te denken aan onderzoek aan armen, aan benen en aan martma-onderzoek. De detectiespoel is dan epgenemen in een meetruimte waar door de zendspoel een locaal homogeen radiofrequent veld kan worden gereali- 8402250 PHN 11.09-6 4 *V ·% * t seerd of de meetspcel kan zelf dat radiofrequent veld opwekken. Vooral voor deze toepassing is het veelal gewenst, dat het hoofdmagneetveld tot meer nabij een van de axiale uiteinden van het magneetstelsel voldoende homogeen, is.

5 In figuur 2 is schetsmatig aangegeven hoe, uitgaande van dwars gemagnetiseerde platen permanent magnetisch materiaal onderscheiden magneetconfiguraties voor het gestelde doel kunnen worden opgebouwd.

Figuur 2a toont in dwarsdoorsnede platen permanent magnetisch materiaal 30 met elk een dikte b, gelegen op een onderlinge afstand a 10 waarbij voor de eenvoud hier geldt dat a = b maar dat is geen voorwaarde voor de geldigheid van het navolgende. De platen 30 zijn volgens aangegeven pijlen m gemagnetiseerd.Hierdoor wordt in ruimten 32 tussen de platen een magneetveld H opgewekt. Indien de platen 30 een grote uitgebreidheid hebben is het veld H tussen de platen in hoge mate homogeen.

15 In een dergelijk systeem treedt voor wat het magneetveld in de ruimten 32 en de magnetisatie in het materiaal betreft, geen verandering qp als aan de verdeling van het permanent magnetisch materiaal 30 en de tussenruimten 32 een in figuur 2b geschetste configuratie wordt gegeven. Dit geldt ook als het systeem van figuur 2b door rotatie in het vlak 20 van tekening dm 90° wordt omgezet in een configuratie zoals aangegeven in figuur 2c. Een toelaatbare superpositie van de configuraties volgens figuur 2b en figuur 2c resulteert in een configuratie zoals aangegeven in figuur 2d. Een gedeelte uit de configuratie volgens figuur 2d uitgesneden langs de stippellijnen 34 , 35 , 36 en 37 met hoekpunten 25 A, B, C en D resulteert in een magneet met een doorsnede zoals aangegeven in figuur 2c. Met een terugsluit juk 40 uit materiaal met een hoge magnetische permeabiliteit, waarvan een dwarsdoorsnede locaal kan worden aangepast aan de aldaar heersende magnetisatie flux, is een bruikbaar magneetstelsel gerealiseerd. Het is gunstig bij de dimensionering 30 van het terugsluit juk uit te gaan van een flux die ten hoogste ongeveer gelijk aan de helft van de verzadiging van bet materiaal is. Buiten het terugsluit juk zal hierbij geen storend magnetisch strooiveld optreden. Voor total body onderzoek heeft de ribbe van de hier in doorsnede vierkante veldruimte 32 een lengte van bijvoorbeeld 0,75 m, voor perifeer 35 onderzoek kan .worden volstaan met een ribbe van bijvoorbeeld ongeveer 0,25 m.

Een gedeelte uit de configuratie van figuur 2d langs stippellijnen 34, 35_, 38 en 39 met hoekpunten E, B, F en G, resulteert in een 8402250 * * f « EHN 11.096 5 configuratie zoals aangegeven in figuur 2f. Deze configuratie gedeeld langs een lijn 42 resulteert, na tussenvoeging van verbirdingsstukken 44 met een magnetisatie gelijk aan die van de door de lijn 42 opgedeelde driehoeken, in een bruikbaar magneetstelsel met een veldruimte 28 als 5 aangegeven in figuur 2g. Om het magneetstelsel is ook hier een terugsluit-juk 40 uit materiaal net een hoge permeabiliteit aangebracht. Het terugsluit-juk 40 kan tegenover het midden 46 van de tussenstukken 44, crrdat daar geen magnetische flux aanwezig is, uit het oogpunt van magnetische geleiding tot een dikte 0 worden gereduceerd. Aan het juk kan daarom een 10 in figuur 3a met lijnen 48 aangegeven vorm warden gegeven. Hierdoor kan de massa van het terugsluitjuk warden gereduceerd en ontstaat een magneet als aangegeven in figuur 3. Anderzijds kunnen, onder behoud van een voldoende hanogeniteit van het magneetveld H in de veldruimte de permanent magnetische tussenstukken 44 in radiale richting, dus in de richting van 15 de magnetisatie anders, bijvoorbeeld dunner worden uitgevoerd. De nominale waarde van het magneetveld verandert daardoor wel. Door het aanpassen van het terugsluitjuk 44 aan een aldus ontstane geometrie van het permanent magnetisch materiaal ontstaat een magneetstelsel als aangegeven in figuur 3b. Overigens kan ook hier de dikte van het juk 40 ter plaatse 20 van het midden van de tussenstukken 44 op overeenkomstige wijze worden m ° gereduceerd. Volgens het bovenstaande te vonten magneten kunnen in axiale richting in lengte warden beperkt tot bijvoorbeeld ongeveer 1,5 a 2 maal de poolafstand van de permanent magnetische staven. De massa reductie bij beperking van de poolafstand is, omdat dan ook de lengte kan worden gere-25 duceerd ongeveer evenredig met de derde macht van de lineaire afmeting.

De gedachtengang als hierboven beschreven aan de hand van figuur 2 voor een dimensie kan ook worden toegepast voor drie dimensies waardoor een octaedervormige magneet ontstaat met een veldruimte waarin, af gezien van onregelmatigheden in het permanent magnetisch materiaal, een ideale 30 veldhcmogeniteit optreedt. De meetruimte is daarbij evenwel aan alle zijden door permanent magnetisch materiaal of door juk materiaal ontsloten en dus niet toegankelijk voor te onderzoeken objecten.

Ben voorbeeld van een in lengte beperkte magneet is aangegeven in figuur 4. In doorsnede kont deze magneet substantieel overeen met 35 de in figuur 3a geschetse magneet. Ook hier kan het terugsluitjuk 40 warden ingesnoerd. De hanogeniteit van het magneetveld in de veldruimte 28 is hier verbeterd door toevoeging van een bekleding 50 uit sterk anisotrocp zacht magnetisch materiaal. In een praktische uitvoering is dit 8402250 ΡΗΝ 11.096 6 * Λ * b materiaal bijvoorbeeld samengesteld uit lamellen met om en. om hoog permeabel magnetisch materiaal en uit niet-magnetisch materiaal. Door deze bekleding worden veldinhamogeniteiten in de staven 30 respectievelijk 42 geneutraliseerd. Door strippen permanent magnetisch materiaal zoals 5 zich in lengterichting uitstrekkenie strippen 52 en dwarsgsrichte strippen 54, wordt de negatieve invloed van de eindige lengte van de veldruimte gereduceerd. Hiertoe kan ook een electromagnetiscbe spoel nabij een eindvlak 56 of beide eindvlakken 56 en 58 worden aangebracht. Het voordeel van een spoel is, dat daarmede de homogeniteit van het veld momentaan 10 aangepast aan de vens van de gebruiker ter plaatse kan warden geoptimaliseerd. Bijvoorbeeld kan de hanogeniteit meer nabij een eindvlak worden verbeterd, eventueel ten koste van de hanogeniteit meer in het centrum.

Ben zelfde verbetering kan ook met de magnetische strippen worden gerealiseerd. Maar die is dan niet meer regelbaar. Uit symmetrie overwegingen kan 15 het gunstig zijn de bekleding zoals hier aangegeven langs de doorsnijdings-vlakken 42 van de tussenstukken 42 door te laten lopen maar noodzakelijk is dat niet.

In de volgens de uitvinding opgehouwde permanente magneten treden niet effectief te gebruiken lege ruimten op. In een praktische oplossing 20 zijn de voor afbeelding steeds benodigde gradientspoelen in deze ruimten ondergebracht. Doordat de gradientspoelen dan niet meer in de effectief te gebruiken veldruimte behoeven te worden opgenamen kan de veldruimte kleiner worden uitgevoerd waardoor aan massa voor de magneet onder behoud van de toegankelijkheid en de veldsterkte kan worden gewonnen. In figuur 25 3a is zeer schematisch aangegeven hoe gradientspoelen 60 in loze ruimten van het magneetstelsel kunnen zijn opgenamen.

30 35 8402250

Claims (10)

1. Kemspin resonantie apparaat net een uit permanent magnetisch materiaal opgebouwd magneetstelsel (2) voor bet opwekken van een homogeen boofdmagneetveM (H) met het kenmerk, dat het permanent, magnetisch materiaal in hoofdzaak bestaat uit, door platte vlakken begrensde, dwars 5 gemagnetiseerde staven (30, 44), die een in dwarsdoorsnede substantieel rechthoekige magneetveldruimte (28) in een lengte richting omsluiten.

2. Kemspin resonantie apparaat volgens conclusie 1, net het kenmerk, dat het permanent magnetisch materiaal hoofdzakelijk bestaat uit vier, in doorsnede gelijkbenige rechthoekige staven (30) die een, 10 in doorsnede vierkante veldruimte (32) ontsluiten en in de richting van de bissectrice van de tophoek zijn gemagnetiseerd.

3. Kemspin resonantie apparaat volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het permanent magnetisch materiaal in hoofdzaak bestaat uit twee in doorsnede rechthoekige gelijkbenige driehoekige staven (30) en 15 twee in doorsnede trapezium vormige staven (44) die gezamenlijk een rechthoekige veldruimte (28) ontsluiten.

4. Kemspin resonantie apparaat volgens een der voorgaande conclusies met het kenmerk, dat zich om het permanent magnetisch materiaal een terugsluitjuk (40) uit materiaal met een relatief hoge penreabili-20 teit bevindt.

5. Kemspin resonantie apparaat volgens conclusie 4, met bet kenmerk, dat de locale doorsnede dwars cp de aldaar heersende magnetische flux aan de sterkte van die flux is aangepast.

6. Kemspin resonantie apparaat volgens een der voorgaande conclu-25 sies, met het kenmerk, dat een voor zover door het permanent magnetisch materiaal cmsloten reldruimte daarvan met een materiaal met een sterk aniso-trocp magnetisch materiaal (50) is bekleed.

7. Kemspin resonantie apparaat volgens conclusie 6, met het kenmerk, dat het bekledingsmateriaal een dwars op de begrenzingen gerichte 30 lamellen structuur van hoog permeabel magnetisch materiaal en uit. niet-magnetisch materiaal bevat.

8. Kemspin resonantie apparaat volgens conclusie 3 met het kenmerk, dat de rechthoekige tussenstaven (44) in de richting van de magnetisatie een afmeting kleiner dan de hoogte van de driehoekige staven hebben 35 en de vorm van het terugsluitjuk (40) daaraan is aangepast.

9. Kemspin resonantie apparaat volgens een der voorgaande conclusies, net het kenmerk, dat de staven in lengte richting zijn beperkt tot 1 a 2 maal de poolafstand van de permanent magnetische staven en extra 8402250 PHN 11.096 8 —r». ** ·“ 's magnetische voorzieningen (52, 54) zijn aangebracht voor verbetering van de veldhonogeniteit in de veldruimte.

10. Kemspin resonantie apparaat volgens conclusie 9, met het kenmerk, dat de extra voorzieningen zijn aangepast voor verbetering van 5 de veldhomogeniteit meer nabij althans een van de eindvlakken (56, 58) van de magneet. 10 15 20 25 30 8402250 35