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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Verbesserung eines Typs
einer Anordnung eines magnetischen Kreises aus gegenüberliegenden Magneten
mit Permanentmagneten oder im besonderen auf eine Verbesserung eines
Typs einer Anordnung eines magnetischen Kreises aus gegenüberliegenden
Magneten mit Permanentmagneten, die geeignet sind ein magnetisches
Feld von hoher Gleichmäßigkeit
zu erzeugen, das in verschiedenen Arten präziser magnetischer Geräte wie z.
B. NMR-, ESR- und MRI-Geräte
erforderlich ist, in welchen die Gleichmäßigkeit des magnetischen Feldes
innerhalb eines relativ großen
Bereiches wesentlich ist.
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Verschiedene
Typen von Anordnungen mit magnetischen Kreisen mit Permanentmagneten
wurden bislang vorgeschlagen und sind nun im praktischem Einsatz,
z. B. in MRI-Geräten
mit Permanentmagneten mit einer Einheit, um hochgleichmäßige Magnetfelder
innerhalb eines großen
Bereiches zu erhalten. Eines der verbreitesten Typen ist die sogenannte
Anordnung eines magnetischen Kreises mit Dipolring, die in 1 in
perspektivischer Ansicht veranschaulicht ist. Der hauptsächliche
Teil der Anordnung eines magnetischen Kreises ist eine röhrenförmige Anordnung 1,
die aus einer Anzahl von Segmentmagneten 1A bis 1H besteht,
die in einer röhrenförmigen Anordnung
angeordnet sind, wobei jede davon eine Ausrichtung der Magnetisierung
hat, die an den Endoberflächen
der Segmentmagnete 1A bis 1H durch die entsprechenden
Pfeile angezeigt wird, die Richtungen drehen sich zweimal, startend
mit dem Segmentmagneten 1A und endend mit 1H in
einer Drehung auf der 1 entgegen dem Uhrzeigersinn.
Die Bezeichnung des magnetischen Kreises mit „Dipolring" wurde angesichts des Auftretens der
magnetischen Ladungen von N und S auf der inneren Oberfläche der
röhrenförmigen Anordnung 1 beim Umlauf
der Magnetisierungsrichtung, gegeben. Als Resultat der magnetischen
Feldlinien, die durch die entsprechenden Segmentmagnete 1A bis 1H erzeugt
wurden, wird ein magnetisches Feld, das durch den Pfeil H angezeigt
wird, in dem Raum, der durch die röhrenförmige Anordnung der Segmentmagnete 1A bis 1H umschlossen
wird, erzeugt. Die Gleichmäßigkeit
des magnetischen Feldes H kann groß genug sein, vorausgesetzt
dass die röhrenförmige Anordnung 1 der
Segmentmagnete 1A bis 1H ausreichend lang ist.
Eine Anpassung des magnetischen Feldes H kann durch das Ersetzen
der entsprechenden Segmentmagnete 1A bis 1H in
den radialen Richtungen oder Modifikation des Anstiegs dieser in
den axialen Richtungen, vorgenommen werden.
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Die
Anordnung eines magnetischen Kreises diesen Typs wird z. B. von
K. Halbach in Nuclear Instruments and Methods, Band 169 (1980),
Seite 1 beschrieben und MRI-Geräte,
die eine Anordnung eines magnetischen Kreises dieses Typs anwenden, sind
in dem US-Patent 4,580,098 und dem japanischen Patent Kokai 62-104011 offenbart.
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Da
keine Joche außerhalb
der röhrenförmigen Magnetanordnung 1 erforderlich
sind, um als Pfad des magnetischen Flusses zu dienen, hat die Anordnung
eines magnetischen Kreises mit Dipolring verglichen mit Anordnungen
von magnetischen Kreisen anderen Typs, die Joche benutzen, den Vorteil, dass
das Gesamtgewicht der Anordnung eines magnetischem Kreises relativ
klein sein kann und die obere Beschränkung des Magnetfelds, dass
darin erzeugt werden kann, hoch sein kann. Der Vorteil des kleineren
Gesamtgewichts ist jedoch nur vorhanden, wenn das Magnetfeld, das
darin erzeugt wird, beträchtlich
hoch ist, da falls das erforderliche Magnetfeld nur ungefähr 238700
A/m (3000 Oe) oder geringer ist, das gesamte Gewicht der Segmentmagnete nicht
immer kleiner als in den Anordnungen eines magnetischen Kreises
der anderen Typen sein kann. Das ist der Grund für die relativ kleine Zahl der
Fälle, in
denen Anordnungen eines magnetischen Kreises dieses Typs im praktischen
Einsatz genutzt werden.
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JP-A-6078893
offenbart eine MRI-Vorrichtung, welche einen Magnetfeldkreis umfasst,
entsprechend des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
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US-A
4943774 offenbart eine Magnetfeldsteuervorrichtung zur Anwendung
in einer MRI-Vorrichtung, welche ein Paar von gegenüberliegenden Magnetpolen,
die auf Endplatten montiert sind, ein Paar von flachen parallelen
Polflächen,
welche auf den sich gegenüberliegenden
Oberflächen
der Magnetpole angebracht sind und eine Anzahl von Segmenten, die
beweglich an der Peripherie der Polfläche befestigt sind, um die
Dichte des Magnetfelds anzupassen, umfasst, Mittel werden bereitgestellt
zur anpassenden Steuerung der Homogenität des gleichmäßigen magnetischen
Flusses in dem Spalt zwischen den sich gegenüberliegenden Polflächen, in
welchen ein Patient zur Magnetresonanzbilderstellung eingebracht
werden kann. Die Eckbereiche der oberen und unteren Endplatten sind
miteinander durch vier verbindende Joche verbunden, wobei jeder
eine Säule
und einen oberen und unteren Übergangsbereich
umfasst, um einen allmählichen Übergang
zwischen der Säule
und der Endplatte zu ermöglichen
und dadurch die Leitung des Flusses zu glätten und Streuflüsse zu reduzieren.
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Einen ähnlichen
Typ einer Anordnung eines magnetischen Kreises ist in 2A durch
eine axiale Querschnittsansicht und in 2B durch
eine horizontale Querschnittsansicht veranschaulicht, wie sie durch
einen Schnitt in der Richtung, die durch die Pfeile IIB-IIB in 2A angezeigt
wird, gesehen werden kann. Anordnungen mit magnetischen Kreisen dieses
Typs werden z. B. in WO84/00611 (PCT/US 83/01175), in den japanischen
Gebrauchsmusterveröffentlichungen
2-44483, 2-44484,
2-44485 und 2-44486, Eizo Joho (Imaging Information), Band 15 (1983),
Seite 379, Byotai Seiri (Disease Physiology), Band 4 (1985), Seite
91 und an anderer Stelle offenbart. Fast alle der Permanentmagnet
MRI-Geräte, die
aktuell betrieben werden, sind mit einer Anordnung eines magnetischen
Kreises diesen Typs aufgebaut.
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Das
folgende ist eine kurze Beschreibung der generellen Struktur der
Anordnung eines magnetischen Kreises aus gegenüberliegenden Magneten.
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Ein
oberer Magnet 14A und ein unterer Magnet 14B sind
entsprechend auf der unteren Oberfläche des oberen hinteren Jochs 10A und
auf der oberen Oberfläche
des unteren hinteren Jochs 10B in einer koaxialen Anordnung
angebracht, wobei jeweils der S-Pol und der N-Pol in Bezug auf den
Magnetspalt gegenüberliegend
angeordnet sind, um darin ein Magnetfeld zu erzeugen. Eine feldanpassende Platte 16A oder 16B,
die aus einem magnetischen Material hergestellt ist, ist auf der
Oberfläche
jeweils des Magnets 14A oder 14B, der gegenüber des Spaltbereichs
angeordnet ist, mit einer Einheit befestigt, um die Gleichmäßigkeit
des magnetischen Felds, das in dem Spaltbereich zwischen jeweils
dem Magnet 14A und 14B erzeugt wurde, zu verbessern. Die
feldanpassenden Platten 16A und 16B haben jeweils
einen axialen symmetrischen Aufbau oder haben wie in diesem Fall
die Form einer Scheibe, in den meisten Fällen jedoch mit Modifikationen
des Aufbaus in einer Einheit, um die Gleichmäßigkeit des magnetischen Feldes
in dem Spaltbereich weiter zu verbessern. Als eine in dieser Hinsicht
typische Modifikation haben z. B. jeweils die feldanpassenden Platten 16A und 16B eine
kreisförmige
Hervorhebung 161A oder 161B, die als „Rose"-Ausgleichsscheibe
bezeichnet wird, welche jeweils entlang der Peripherie des flachen
Körpers
der feldanpassenden Platte 16A oder 16B ringförmig hervorragt.
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Zwei
Kombinationen, wobei jede aus dem hinteren Joch 10A oder 10B,
dem Permanentmagnet 14A oder 14B und feldanpassender
Platte 16A oder 16B, die entsprechend oben und
unten symmetrisch angebracht sind, sind magnetisch mit vier säulenförmigen Jochen 12A, 12B, 12C und 12D verbunden, um
einen geschlossenen magnetischen Kreis zu bilden. Ferner sind Gradientenspulen 18A und 18B jeweils
auf der Oberfläche
der feldanpassenden Platte 16A oder 16B befestigt,
die von kreisförmigen
Erhebungen oder der ersten Ausgleichsscheibe 161A oder 161B umgeben
sind. Die Höhe
der Gradientenspulen 18A und 18B ist derart, dass
die Oberfläche davon,
die gegenüber
dem Spaltbereich angeordnet ist, ungefähr koplanar mit der äußeren Oberfläche der
kreisförmigen
Erhebungen 161A und 161B ist.
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Es
ist bei einer Anordnung eines magnetischen Kreises aus gegenüberliegenden
Magneten üblich,
dass die Bewertung der Gleichmäßigkeit
des magnetischen Feldes in dem Spaltbereich bezüglich der Verteilung des magnetischen
Feldes innerhalb eines imaginären
Raums im zentralen Bereich des Spaltbereichs, der eine sphäri sche oder
ellipsoide Ausdehnung hat, auf welche sich nachstehend als Bewertungsbereich
bezogen wird, durchgeführt
wird. Wenn die feldanpassenden Platten jeweils eine einfache Scheibe
ohne die kreisförmige
Hervorhebung sind, ist das magnetische Feld in dem Äquatorialbereich
des Bewertungsbereichs kleiner als in den polaren Bereichen, während, falls
die feldanpassende Platte mit einer kreisförmigen Erhebung, wie in den 2A und 2B veranschaulicht,
bereitgestellt wird, das Magnetfeld in dem Äquatorialbereich des Bewertungsbereichs
erhöht
ist, entsprechend der geometrischen Nähe des Äquatorialbereichs zu den Oberflächen der
oberen und unteren kreisförmigen Erhebungen 161A und 161B,
so dass die Gleichmäßigkeit
des Magnetfeldes über
den Bewertungsbereich verbessert werden kann. Ein weiterer Vorschlag wurde
gemacht, um zusätzlich
zu den peripheren kreisförmigen
Erhebungen 161A und 161B, eine Mehrzahl an kreisförmigen Erhebungen
bereitzustellen, die ein kleineres Querschnittsprofil als die peripheren
auf jeder der unteren Oberflächen 162A und 162B jeweils
der feldanpassenden Platten 16A und 16B haben.
Wie es von der oben gegebenen Beschreibung offenbart wird, ist der
Aufbau der feldanpassenden Platten ein sehr wichtiger Faktor, der
auf die Gleichmäßigkeit
des Magnetfeldes innerhalb des Bewertungsbereichs Einfluss nimmt.
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Während es
in der Anordnung eines magnetischen Kreises aus gegenüberliegenden
Magneten unentbehrlich ist, dass die oberen und unteren hinteren
Joche 10A und 10B durch eine Mehrzahl von verbindender
Joche verbunden sind, welche durch das Führen der magnetischen Flüsse dazu
dienen einen geschlossenen magnetischen Kreis zu bilden, die durch
die oberen und unteren Permanentmagnete 14A, 14B erzeugt
werden, kann die Form und die Anzahl solcher verbindender Joche
abhängig
von der speziellen Gestaltung der Anordnung eines magnetischen Kreises
verschieden sein. Z. B. ist jeder der verbindenden Eisenjoche von
einer säulenförmigen Form
und die Anzahl dieser ist zwei oder wie es in den 2A und 2B veranschaulicht
ist, vier oder in der Form einer Platte und die Anzahl dieser ist zwei.
Anordnungen eines magnetischen Kreises aus gegenüberliegenden Magneten sind
meistens durch Verwendung von vier verbindende Joche wegen der einfachen
Anpassung des magnetischen Feldes und der einfachen mechanischen
Montage der Anordnung eines magnetischen Kreises wie es in der japanischen
Gebrauchsmus terveröffentlichung
2-44483 offenbart ist, aufgebaut. Das Magnetfeld in dem Bewertungsbereich
in der axialen Richtung, d. h. in der Richtung der säulenförmigen verbindenden
Joche, wird tendenziell verringert, weil die magnetischen Flüsse durch
die säulenförmigen Joche
angezogen werden. Mit einer Einheit, um diesen Abfall des magnetischen
Feldes zu kompensieren, wurde ein Vorschlag gemacht, ein Messjoch
zum Kurzschliessen der Magnetflüsse
in der Richtung der Öffnung
bereitzustellen, so dass das Magnetfeld in der Richtung der Öffnung erniedrigt
wird.
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Es
ist übliche
Praxis, dass eine Anordnung eines magnetischen Kreises durch die
Methode der numerischen Analyse entwickelt wird, wobei eine Kombination
der oben beschriebenen verschiedenen Faktoren Berücksichtigung
findet, so dass die Erzeugung des magnetischen Feldes mit hoher
Gleichmäßigkeit
innerhalb des Bewertungsbereichs, ermöglicht wird. Es ist jedoch
recht selten, dass selbst falls eine Anordnung eines magnetischen
Kreises entwickelt werden konnte, um die Erzeugung eines Magnetsfelds
von hoher Gleichmäßigkeit
zu ermöglichen, ein
Magnetfeld, das eine wie geplant hohe Gleichmäßigkeit hätte, in einer tatsächlichen
Anordnung eines magnetischen Kreises hergestellt werden kann, die entsprechend
dem Entwicklungsplan konstruiert wurde. Eher ist die Gleichmäßigkeit
des magnetischen Feldes normalerweise Opfer eines großen Abfalls, verglichen
mit der Gleichmäßigkeit,
die geplant war, als Konsequenz einer Überschneidung der unvermeidlichen
Variationen der magnetischen Charakteristika der Permanentmagnete
und Fehler bei der mechanischen Bearbeitung der verschiedenen Teile und
Montage der Teile. Entsprechend ist ein Verfahren zur Anpassung
des Magnetfeldes nach Beendigung des Zusammenbaus der Teile zu einer
Anordnung eines magnetischen Kreises unerlässlich, um eine möglichst
hohe Gleichmäßigkeit
des Magnetfeldes in dem Bewertungsbereich zu erhalten.
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Die
oben genannte Magnetfeldanpassung wird in zwei Stufen einer groben
Anpassung durch mechanische Feldkorrektur und einer feinen Anpassung
durch Feldkorrektur mittels magnetischen Materials durchgeführt. Die
mechanische Feldkorrektur wird durch die Anpassung des Anstiegs
der hinteren Joche, der Anpassung der Po sition der feldanpassenden
Platten, die Anpassung der Messjoche, Einfügen eines magnetischen Teils
in die hinteren Joche und so weiter, vorgenommen. Bei der Feldkorrektur mittels
magnetischen Materials wird die Gleichmäßigkeit des Magnetfelds durch
Verbinden von magnetischen Teilen verschiedenen Volumens verbessert,
um Orte auf der feldanpassenden Platte oder auf einer Ausgleichsplatte,
die unabhängig
von den feldanpassenden Platten angebracht wurden, zu bestimmen.
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Die
magnetischen Materialien, die bei der oben erwähnten Feldkorrektur mittels
magnetischem Materials genutzt werden, enthalten weichmagnetische
Materialien wie z. B. Eisen und eisenbasierte Legierungen, Nickel
und nickelbasierte Legierungen, amorphe magnetische Materialien
und ähnliches
und hartmagnetische Materialien wie z. B. hartmagnetische Ferrite,
seltene erdbasierte Magnete und ähnliches
sowie auch zusammengesetzte Magnete davon. Diese magnetischen Materialien
werden in der Form eines Chips oder in der Form einer dünnen Platte
verwendet.
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Die
Magnetfeldanpassung durch Feldkorrektur mit einem weichmagnetischen
Material stößt auf Schwierigkeiten,
falls eine Anzahl von magnetischen Teilen aufeinanderliegen, weil
keine lineare Beziehung zwischen der Anzahl an Teilen und der Größe der magnetischen
Feldanpassung erhalten werden kann. Diese Schwierigkeit ist besonders
groß,
falls die Größe der Magnetfeldanpassung
hoch ist. Dieses Verfahren ist jedoch hinsichtlich der Präzision der
feinen Anpassung vorteilhaft, da sehr kleine Chips und dünne Platten
oder Blätter
aus einem weichmagnetischem Material leicht hergestellt werden können.
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Andererseits
ist das Verfahren der Feldkorrektur mit magnetischem Material bezüglich der
Einfachheit der Anpassung vorteilhaft, da eine lineare Beziehung
zwischen der Anzahl der Feldkorrekturteile und der Größe der Magnetfeldanpassung
erhalten werden kann, obwohl das Verfahren nicht geeignet ist für eine präzise und
feine Anpassung des Magnetfelds, da man dabei auf Schwierigkeiten
in der Bereitstellung sehr kleiner Chips oder dünner Platten des magnetischen
Materials stößt.
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Es
wäre eine
Lösungsmöglichkeit
die oben beschriebenen zwei verschiedenen Typen von Feldkorrekturmaterialien
einzusetzen, um die entsprechenden Charakteristika der verschiedenen
Materialien vollständig
zu nutzen. Dieser Ansatz der kombinierten Anwendung verschiedener
Typen von Feldkorrekturmaterialien hat jedoch ein anderes Problem, das
eine tatsächliche
Anwendung davon bei der herkömmlichen
Feldkorrekturanpassung verhindert, da die magnetischen Flüsse, die
in den magnetischen Materialien erzeugt werden, das weichmagnetische Material
beeinflussen und damit die Linearität des Magnets zunichte machen.
Dies ist eins der bedeutenden Probleme, die bei der Anpassung gelöst werden
müssen,
um Gleichmäßigkeit
des magnetischen Feldes in der Anordnung eines magnetischen Kreises
herzustellen.
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Wie
es zuvor erwähnt
wurde, wird die Anordnung eines magnetischen Kreises aus gegenüberliegenden
Magneten durch Verbinden der oberen und unteren hinteren Joche mit
vier säulenförmigen verbindenden
Jochen hergestellt. Die Anordnung eines magnetischen Kreises dieses
Typs ist hinsichtlich der hohen Effizienz mit geringen Streuverlusten
des magnetischen Flusses vorteilhaft, da der magnetische Fluss,
der aus einer der oberen und unteren Permanentmagneten austritt,
effizient zu dem gegenüberliegenden
Pol des anderen Permanentmagneten durch die Joche geführt wird.
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Es
ist darum wichtig, um die Effizienz des Magnetkreises zu erhöhen, dass
der Streuverlust der magnetischen Flüsse von den Jochen minimiert
wird. Dieses Erfordernis wird natürlich, falls die Joche eine große Querschnittsfläche haben,
die ausreichend ist, um alle magnetischen Flüsse zu führen, so dass keine magnetische
Sättigung
innerhalb der Joche verursacht wird, erfüllt, obwohl dieser Ansatz unter
der Beschränkung
wegen der notwendigen Erhöhung
des Gesamtgewichts der Anordnung eines magnetischen Kreises zu sehen
ist. Zusätzlich
arbeitet die Anordnung eines magnetischen Kreises aus gegenüberliegenden
Magneten mit einer hohen Arbeitseffizienz des Magnetkreises, wenn
das im Spaltbereich erhaltene Magnetfeld ungefähr in dem Bereich von 79510 bis
159140 A/m (1000 Oe bis 2000 Oe) vom Standpunkt des Arbeitspunkts
der Permanentmagnete aus, ist. Obwohl eine Anord nung eines magnetischen Kreises
aus gegenüberliegenden
Magneten entwickelt wurde, die in der Lage ist, ein Magnetfeld von 238700
A/m (3000 Oe) oder höher
zu erzeugen, ist solch eine Anordnung hinsichtlich der Verwendungseffizienz
der Permanentmagnete nicht immer sehr zufriedenstellend.
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Ein
weiteres Problem bei der Anordnung eines magnetischen Kreises aus
gegenüberliegenden Magneten
bezogen auf die Effizienz des Magnetkreises sind Streuverluste des
magnetischen Flusses von den feldanpassenden Platten zu den Jochen. Dies
ist das Phänomen,
dass der magnetische Fluss, welcher von einer von den feldanpassenden
Platten zu der anderen feldanpassenden Platte durch den Spaltbereich
geführt
werden sollte, teilweise durch Streuverlust zu den Jochen verloren
geht, was zu einem Abfall in der magnetischen Effizienz führt. Obwohl
dieses Problem zumindest teilweise durch Erhöhen des Abstands zwischen den
entsprechenden Permanentmagneten und den Jochen gelöst werden kann,
ist diese Massnahme entsprechend des notwendigen Anstiegs beim Eisengewicht
nicht praktisch anwendbar.
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Eine
Anordnung eines magnetischen Kreises aus gegenüberliegenden Magneten hat mit
den Anordnungen eines magnetischen Kreises anderen Typs, so wie
solche des supraleitenden Magnettyps und Dipolring-Magnettyps, ein
weiteres Problem gemeinsam. Wenn ein MRI-Gerät hergestellt wird, in dem
darin die Anordnung eines magnetischen Kreises aufgebaut ist und
ein Patient in dem Magnetfeld liegt, umgeben von der Anordnung eines
magnetischen Kreises, bekommt der Patient mehr oder weniger ein
Gefühl
der Beengung und fühlt
sich unwohl beim Einfahren in eine enge Höhle, selbst falls er nicht
klaustrophobisch veranlagt ist, da der Raum in dem der Patient liegt,
nicht auf beiden Seiten des Patienten offen ist. Dieses Problem
der Klaustrophobie kann teilweise bei der Anordnung eines magnetischen
Kreises aus gegenüberliegenden
Magneten, durch Erhöhen
der Querweite der Anordnung und Erhöhen des Abstands zwischen den
Permanentmagneten und den Jochen, gemildert werden, jedoch geht
dies einher mit dem Nachteil des Anstieg des Gewichts der Joche.
Dieses Problem in der Anordnung eines magnetischen Kreises mit Dipolringmagnet
kann nur durch einen Anstieg des inneren Durchmessers der ring förmigen Anordnung
der Segmentmagnete abgeschwächt
werden, während
solch eine Maßnahme
absolut unpraktikabel ist, da das Gesamtgewicht der Segmentmagnete
mit einer Rate proportional zum Quadrat des Durchmessers ansteigt,
wobei der weitere Anstieg des Gewichts der Magnete nicht berücksichtigt
ist, da die Länge
der Magnete in der axialen Richtung ebenso erhöht werden muss, um die notwendige
Gleichmäßigkeit
in dem Magnetfeld sicherzustellen.
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Der
Aufenthalt des Patienten in einer engen umschlossenen Umgebung in
einem MRI-Gerät
hat das weitere Problem zur Folge, dass die Zugänglichkeit eines medizinischen
Technikers zum Patienten notwendigerweise eingeschränkt ist
und die visuelle Überwachung
des Patienten von außen
dadurch gestört
ist, obwohl die Überwachung
des Patienten üblicherweise
durch ein TV-System durchgeführt
wird, bei welchem jedoch das Sichtfeld sehr eingeschränkt ist
und der Kontrast des Bildes, das auf dem Bildschirm dargestellt
wird, üblicherweise
nicht hoch genug ist, was direkte visuelle Überwachung erforderlich macht.
Dieses Problem kann natürlich
zumindest teilweise durch Vergrößern des
Raumes, in welchem der Patient liegt, gelöst werden, während eine
derartige Maßnahme
nicht durchgeführt
werden kann, ohne mit einem großen
Nachteil entsprechend des Anstiegs des Gesamtgewichts der Joche
und Magnete wie es in Nippon Rinsho (Japan Clinics), Band 41 (1983),
Seite 254 besprochen wurde, einher zu gehen. Entsprechend wäre es sehr
erwünscht
eine Anordnung eines magnetischen Kreises mit Permanentmagneten
von hoher magnetischer Effizienz zu entwickeln, durch welche das
beklemmende Gefühl, welches
den Patienten erfasst, wenn er in einem MRI-Gerät liegt, gemildert werden kann
und die Zugänglichkeit
eines medizinischen Technikers zum Patienten ohne einen wesentlichen
Anstieg bei den Gewichten der Joche und Magneten sichergestellt werden
kann.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung hat entsprechend eine Verbesserung in einer
Anordnung eines magnetischen Kreises aus gegenüberliegenden Permanentmagneten
bereitzustellen zum Gegenstand, durch welche die oben beschriebenen
verschiedenen Prob leme und Nachteile bei den Anordnungen eines magnetischen
Kreises des Stands der Technik gelöst und überwunden werden können.
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Eine
Anordnung eines magnetischen Kreises aus gegenüberliegenden Magneten entsprechend
der Erfindung wird im Anspruch 1 definiert.
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Es
sollte beachtet werden, dass der Querschnitt jedes der verbindenden
Joche in deren zentralen Bereich, welches kleiner ist als der Querschnitt in
den oberen und unteren Endbereichen, ausreichend groß sein sollte,
um die magnetischen Flüsse, die
durch die Permanentmagnete erzeugt wurden, zu führen, so dass der Streufluss
auf der Oberfläche
der Joche nicht 795 A/m (10 G) übersteigt.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnung
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1 ist
eine perspektivische Ansicht einer Anordnung eines magnetischen
Kreises mit Dipolring des Standes der Technik.
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2A und 2B sind
jeweils eine vertikale axiale Querschnittsansicht einer herkömmlichen Anordnung
eines magnetischen Kreises aus gegenüberliegenden Magneten mit Permanentmagneten und
eine horizontalen Querschnittsansicht davon wie sie als Schnitt
entlang der Richtung, die durch die Pfeile IIB-IIB angezeigt werden,
in 2a, gezeigt ist.
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3A, 3B und 3C sind
jeweils ebene Ansichten, eine vordere Aufrissansicht und eine seitliche
Aufrissansicht der Anordnung eines magnetischen Kreises aus gegenüberliegenden
Magneten mit Permanentmagneten entsprechend der vorliegenden Erfindung.
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Detaillierte
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
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Wie
es zuvor erwähnt
wurde, ist das Problem, das durch die vorliegende Erfindung gelöst werden
soll, eine Linderung des beklemmenden Gefühls, das ein Patient erhält, der
in einem MRI-Gerät liegt,
durch die Anwendung einer Anordnung eines magnetischen Kreises aus
gegenüberliegenden
Magneten, als Konsequenz des sich Befindens des Patienten in einer
engen, umschlossenen Umgebung, da die herkömmliche Anordnung eines magnetischen Kreises
durch die Anwendung zweier verbindender Joche, die auf beiden Seiten
des Patienten stehen, hergestellt wird, wobei jede davon die Form
einer Platte hat, die eine solch große Breite einnimmt, so dass
magnetische Sättigung
mit den magnetischen Flüssen
nicht erreicht wird und volle mechanische Unterstützung der
oberen und unteren Permanentmagneten ermöglicht wird.
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Die
Anordnung eines magnetischen Kreises aus gegenüberliegenden Magneten durch
welche die oben genannten Nachteile und Probleme bei der Anordnung
des Stands der Technik überwunden
werden kann, ist im Detail durch Verweise auf die 3A, 3B und 3C der
beigefügten
Zeichnung veranschaulicht, welche jeweils eine ebene Ansicht, eine
vordere Aufrissansicht, wie sie in der liegenden Richtung des Patienten
im MRI-Gerät
gesehen wird, worauf als die Längsrichtung
nachstehend Bezug genommen wird und eine seitliche Aufrissansicht
wie sie in der Richtung senkrecht zur liegenden Richtung des Körpers des
Patienten gesehen wird, bezugnehmend nachstehend als die Querrichtung, sind.
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Wie
es in den Figuren gezeigt wird, hat die Anordnung eines magnetischen
Kreises zwei verbindende Joche, 108, 109, wobei
jede die Form einer Säule
hat, die einen rechteckigen Querschnitt aufweist, durch welchen
die oberen und unteren symmetrischen Anordnungen, wobei jede jeweils
aus einem hinteren Joch 110 oder 115, Permanentmagnet 111 oder 114 und
feldanpassender Platte 112 oder 113 besteht, die
sowohl mechanisch als auch magnetisch miteinander verbunden sind,
um dazwischen einen Magnetfeldspaltbereich 116 auszubilden,
wie er durch die Gewindebolzen 117 und 118 zusammengesetzt
wird.
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Wie
es aus der 3C ersichtlich ist, ist die Breite
jedes der verbindenden Joche 108 und 109 entlang
der Längsrichtung
in den oberen und unteren Endbereichen größer als in dem zentralen Bereich, so
dass bei einem H-förmigen
Aufbau, obwohl der Aufbau der verbindenden Joche 108, 109 nicht
auf den H-förmigen
Aufbau beschränkt
ist, trotzdem eine Form einnehmen kann, die eine kegelförmige oder abgerundete
kurvige Kontur aufweist. Die Breite der säulenförmigen verbindenden Joche in
den Endabschnitten muss groß genug
sein, um die Struktur mit mechanischer Stabilität zu unterstützen, während diese
Breite in dem zentralen Abschnitt klein sein muss, um seitliche
Offenheit auf beiden Seiten des Patienten, der in dem MRI-Gerät liegt,
sicherzustellen und dem Patienten kein klaustrophobisches Gefühl zu vermitteln,
da das Blickfeld des entlang der mittleren Höhe im Raum 116 liegenden
Patienten niemals durch die oberen und unteren Endabschnitte der
säulenförmigen verbindenden
Joche 108 und 109 eingeschränkt ist. Überwachung des Patienten von
außen
kann ebenso durch diese Maßnahmen leicht
durchgeführt
werden.
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Obwohl
die Breite oder Querschnittsfläche der
säulenförmigen verbindenden
Joche 108 und 109 vom Standpunkt der Sicherstellung
der seitlichen Offenheit genügend
klein sein sollte, sollte die untere Begrenzung davon angesichts
des Problems der notwendigen magnetischen Abschirmung entsprechend eines übermäßig großen Streuverlusts
der magnetischen Flüsse,
die zwischen den Permanentmagneten 111, 114 durchgehen
und in anbetracht der mechanischen Festigkeit davon, um der großen anziehenden
Kraft zwischen den oberen und unteren Permanentmagneten 111 und 114 zu
widerstehen, gewählt
werden, obwohl der Hauptfaktor, der in Betracht gezogen werden muss,
der Streuverlust des magnetischen Flusses ist, da die mechanischen
Festigkeit der säulenförmigen verbindenden
Joche 108, 109 normalerweise groß genug
ist, verglichen mit der anziehenden Kraft der Permanentmagnete 111, 114. In
dieser Hinsicht stellt das Messen des Magnetfelds auf der Oberfläche der
verbindenden Joche 108, 109 eine Richtschnur zur
angemessenen Auswahl des Querschnittsbereichs der verbindenden Joche 108, 109 in
dem zentralen Abschnitt dar, entsprechend dem Kriterium, dass das
Magnetfeld auf der Oberfläche
der verbindenden Joche 108, 109 795,7 A/m (10 Oe)
oder niedriger sein sollte. Wenn das Magnetfeld entsprechend des
Streuverlusts des magnetischen Flusses 795,7 A/m (10 Oe) auf der
Oberfläche
der verbindenden Joche 108, 109 übersteigt,
wird eine übermäßige Ausweitung
in dem Raum um die Anordnung eines magnetischen Kreises verursacht,
in welchem das Magnetfeld entsprechend des magnetischen Streuverlusts
397,8 A/m (5 Oe) als zulässige obere
Beschränkung
des Magnetfelds durch Streuverluste um ein MRI-Gerät übersteigt,
was zu einem Anstieg der Kosten für aufwendige magnetische Schirmungsmaßnahmen
oder zu einer Konstruktion eines magnetisch abschirmenden Raums für die Installation
des MRI-Geräts,
führt.
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Wie
es in 3A gezeigt wird, weist jedes der
oberen und unteren hinteren Joche 110 und 115 eine
im allgemeinen oktagonale Form auf und die seitlichen zwei gegenüberliegenden
Seiten davon sind jeweils mit dem Endabschnitt des verbindenden Jochs 108 oder 109 durch
die Gewindebolzen 117, 118 verbunden.
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Der
Aufbau der hinteren Joche ist nicht auf ein Oktagonal beschränkt, wie
es in 3A veranschaulicht wird, sondern
kann ebenso ein Hexagonal oder ein allgemeines Polygonal ausschließlich trigonale,
tetragonale und pentagonale Aufbauten sein. Obwohl tetragonale hintere
Joche keine besonderen Nachteile allein vom Standpunkt der magnetischen Effizienz
haben, sind tetragonale hintere Joche nachteilig, da die Eckabschnitte
davon zur Leitung der magnetischen Flüsse durch die hinteren Joche
keinen Betrag leisten, jedoch einen hohen Anstieg des Gewichts der
hinteren Joche verursachen und die Beschränkung des Sichtfelds des Patienten
in der oberen Richtung erhöhen.
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Das
Längenverhältnis jedes
der Permanentmagnete 111 und 114, d. h. das Verhältnis der
Länge dieser
in der Längsrichtung
zur Länge
in der Querrichtung, sollte im Bereich von 1 : 2 bis 2 : 1 oder
vorzugsweise von 1 : 2 bis 1 : 1 angesichts des Ausgleichs zwischen
der Erhöhung
der seitlichen Offenheit und des Anstiegs des Gewichts der hinteren
Joche 108, 109, liegen, wenn die Querlänge der
Permanentmagnete 111, 114 erhöht wird.
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Die
obere magnetische Struktur besteht aus der oberen feldanpassenden
Platte 112, dem oberen Permanentmagneten 111 und
das obere hintere Joch 110 ist befestigt an und unterstützt durch
die zwei säulenförmigen verbindenden
Joche 108 und 109, die mittels der Gewindebolzen 117 verbunden
werden. Die verbindenden Gewindebolzen 117 müssen nicht
so lang sein, da die geometrische Stabilität der Anordnung zwischen der
oberen magnetischen Struktur und den verbindenden Jochen 108, 109 ebenso
durch die magnetische dazwischen bestehende Anziehungskraft sichergestellt
wird, ohne das Risiko des Abnehmens der oberen magnetischen Struktur
der verbindenden Joche 108, 109. Die Gewindebolzen 118 in
dem oberen hinteren Joch 110 dienen ebenso zum Zweck der
Feinanpassung des Magnetfelds in dem Magnetfeldspaltbereich 116 durch Änderung
des Abstands zwischen den oberen und unteren magnetischen Strukturen
oder durch Anpassen des Winkels des Anstiegs der magnetischen Struktur
in den Längs-
und/oder Querrichtungen.
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Die
Permanentmagnete 111, 114 können aus hartmagnetischen Ferritmagneten
oder seltenen erdbasierten Magneten hergestellt werden, von welchen
gesinterte seltene erdbasierte Magnete aus einer Samarium-Cobalt
oder Neodymium-Eisen-Bor Legierung angesichts der hohen Leistung
derselben auf die Ferritmagnete mit welchen ein Magnetfeld von 79570
A/m (1000 Oe) oder höher
kaum erhalten werden kann ohne übermäßigen Anstieg
des Gewichts der Magnete, bevorzugt werden. Im besonderen sind die
Neodymium-Eisen-Bor Magnete die bevorzugtesten, da sie eine hohe
magnetische Leistung aufweisen und hohe mechanische Festigkeit verglichen
mit den Samarium-Cobalt Magneten, haben.
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Das
Material der feldanpassenden Platten 112, 113 kann
aus weichmagnetischen Materialien wie z. B. Eisen, Siliziumstählen, weichmagnetischen Ferriten,
kunstharzgebundenem Eisen, amorphen magnetischen Materialien u. ä. entweder
als ein reines Material oder als eine Zusammenstellung davon, ausgewählt werden.
Der Aufbau der feldanpassenden Platten ist eine im allgemeinen kreisförmige oder elliptische
Platte, die eine abwärtsgerichtete
oder aufwärtsgerichtete
hervorgehobene kreisförmige Hervorhebung,
entlang der Peripherie der kreisförmigen oder elliptischen Platte,
aufweist. Diese periphere Erhebung hat einen Effekt, um die Gleich mäßigkeit des
magnetischen Felds in dem imaginären
Bewertungsraum ES zu verbessern.
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Das
Material der Joche ist vorzugsweise ein Eisenwerkstoff, der eine
hohe magnetische Sättigung
und niedrige Koerzitivfeldstärke
aufweist, um den Verlust an magnetomotorischer Kraft zu minimieren.
Z. B. sind die Materialien der Güteklassen
S400 und SMB, spezifiziert in JIS (Japanese Industrial Standard)
angesichts des Ausgleichs zwischen den magnetischen Eigenschaften
und den Kosten, vorzuziehen. Das Material der Güteklasse SUY ist bei den magnetischen
Eigenschaften exzellent.