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Dokumentenidentifikation DE3782150T2 03.06.1993
EP-Veröffentlichungsnummer 0272411
Titel Passive Anordnung von Ausgleichskörpern und Verfahren zur Bestimmung der Lage der Ausgleichskörper für einen Magneten der magnetischen Resonanz.
Anmelder General Electric Co., Schenectady, N.Y., US
Erfinder Vermilyea, Mark Ernest, Schenectady New York 12309, US
Vertreter derzeit kein Vertreter bestellt
DE-Aktenzeichen 3782150
Vertragsstaaten DE, FR, GB, NL
Sprache des Dokument En
EP-Anmeldetag 28.10.1987
EP-Aktenzeichen 871158440
EP-Offenlegungsdatum 29.06.1988
EP date of grant 07.10.1992
Veröffentlichungstag im Patentblatt 03.06.1993
IPC-Hauptklasse H01F 7/20
IPC-Nebenklasse G01R 33/038   

Beschreibung[de]

Die Erfindung bezieht sich auf eine passive Feldkorrektur durch Einlegen dünner Bleche (Shimming) in Magnetresonanzmagneten, um eine für eine gute Bildgebungsqualität sorgende Homogenität in der Bohrung des Magneten zu erhalten.

Um ein sehr gleichförmiges Magnetfeld mit einem Elektromagneten oder einer Anordnung von Permanentmagneten hervorzurufen, ist es notwendig, den Magneten mit einer sorgfältig spezifizierten Form zu bauen und bestrebt zu sein, die Abweichungen von der spezifizierten Form aufgrund von Fertigungsabweichungen zu minimieren. Die entstehenden Magnete erfordern jedoch üblicherweise Feldkorrekturen, um den gewünschten Grad an Inhomogenität aufgrund von Abweichungen des Magneten von der Entwurfsvorgabe oder aufgrund des Vorhandenseins von ferromagnetischem Material in der Nähe des Magneten zu erzielen.

Um die Feldgleichförmigkeit zu verbessern, werden üblicherweise Korrekturspulen verwendet. Diese Spulen sind in der Lage, unterschiedliche Feldformen hervorzurufen, die einem inhomogenen Hauptmagnetfeld überlagert werden können, um das Hauptmagnetfeld in einer Weise zu beeinflussen, die die Gleichförmigkeit des Gesamtfeldes vergrößert. Leider sind üblicherweise viele Sätze derartiger Spulen erforderlich. Ein bekannter Magnetresonanz (MR) Bildgebungsmagnet hat zwischen 10 und 20 unabhängiger Sätze von Korrekturspulen, die jeweils ihre eigene Energieversorgung haben, um den richtigen Stromfluß zu liefern. Natürlich vergrößern diese Spulen in signifikanter Weise die Kosten und Komplexität des Magneten.

Ein Weg zum Vermeiden von Korrekturspulen besteht darin, für eine passive Feldkorrektur des Magneten zu sorgen, wobei nur Eisenstücke verwendet werden, um ein zunächst inhomogenes Feld in Homogenitätsspezifikationen für eine Bildgebung zu bringen. Wenn das Eisen innerhalb der Bohrung eines Magneten angeordnet wird, würde eine minimale Vergrößerung der Größe und des Gewichtes erforderlich sein. Ein Magnet mit passiver Feldkorrektur würde billiger und betriebssicherer sein als ein typischer Satz von Korrekturspulen, die zur Zeit verwendet werden.

Die Hauptschwierigkeit beim Implementieren einer derartigen Feldkorrekturlösung liegt in der Vorhersage der Orte und Größen von Eisenlehren, die zur Korrektur des Feldes erforderlich sind. Elektromagnetische Spulen sind im allgemeinen so ausgelegt, daß sie gewisse Terme einer sphärischen Harmonischenexpansion erzeugen. Derartige Gestaltungskriterien sind mit passiven Feldkorrekturlehren schwierig zu implementieren, weil die Permeabilität von Eisen nicht umgekehrt werden kann, wogegen eine Stromumkehr durch eine Spule verwendet werden kann, um eine Feldumkehr in einer Korrekturspule zu erhalten. Zusätzlich würden die Größe und Komplexität der Gruppen von Korrekturlehren, die erforderlich sein würden, um eine einzige Harmonische zu erzeugen, diese Lösung nicht ratsam machen. Da die magnetische Kopplung zwischen den Korrektur lehren ebenfalls ein komplizierender Faktor ist, vergrößert die Fehlerkorrektur mit großen Lehren, die sich unvermeidbar physikalisch nahekommen, die Schwierigkeit bei der richtigen Feldkorrektur des Magneten.

Gegenwärtig wird eine passive Feldkorrektur (Shimming) verwendet, um große Abweichungen in Magnetfeldern zu korrigieren, die durch die zu Verfügung stehenden Korrekturspulen allein nicht korrigiert werden können. Die passive Fehlerkorrektur wird dadurch herbeigeführt, daß ein Stück aus Eisen in einer geeigneten Lage außerhalb des Magneten angeordnet wird. Der gewünschte Grad an Feldgleichförmigkeit kann dann durch die Korrekturspulen erreicht werden.

EP-A-0167059 beschreibt in Fig. 3 ein Rohr aus synthetischem Material, auf dem magnetische Korrekturlehren aus Eisen in der Form von mehreren Eisenplatten fixiert werden können, wobei das Rohr in der Mittelbohrung eines MR Magneten angeordnet wird, um eine Inhomogenität in der Bohrung zu kompensieren. Es gibt keine Offenbarung, daß die Eisenplatten in Umfangsrichtung bogenförmig sind, sie demontierbar sind und wie ihre Lagen auf dem Rohr ermittelt werden.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur passiven Feldkorrektur eines Magnetresonanzmagneten zu schaffen, um einen Grad an Feldhomogenität, der für eine Magnetresonanz-Bildgebung erforderlich ist, ohne die Verwendung von Korrekturspulen zu erhalten.

Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Bestimmen der optimalen Stellen der Korrekturlehren in axialer Richtung und in Umfangsrichtung zu schaffen, um die Feldhomogenität auf einen Wert zu bringen, der mit einer Magnetresonanz-Bildgebung in Übereinstimmung ist, wobei nur Lehren aus ferromagnetischem Material verwendet werden.

Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Minimieren der gesamten Feldinhomogenität und nicht gewählter Harmonischer zu schaffen.

Erfindungsgemäß wird ein Verfahren geschaffen zur passiven Feldkorrektur in einem Magneten mit einer zentralen Bohrung und unter Verwendung von Ausgleichskörpern bzw. Lehren, die in der Bohrung des Magneten angeordnet werden. Das Verfahren weist die Schritte auf, daß die anfängliche Feldinhomogenität in der Bohrung des Magneten gemessen wird. Die Magnetfeldwirkung von einer Lehre an jeder der vorbestimmten zulässigen Lehrenpositionen in der Bohrung des Magneten wird unabhängig voneinander geprüft, um die erforderliche Lehrenstärke(-festigkeit) zu ermitteln, um die Magnetfeld-Inhomogenität in der Magnetbohrung zu verbessern. Die Positionen, wo positive Lehrenstärken als vorteilhaft gefunden werden, werden gewählt und dazu verwendet, die Lehrenfestigkeit an jeder gewählten Position zu bestimmen, wobei alle gewählten Positionen gleichzeitig berücksichtigt werden. Positionen, wo erforderliche negative Lehrenstärken gefunden wurden, werden eliminiert, und mit den neuen gewählten Positionen werden wieder Lehrenstärken ermittelt, bis alle verbleibenden gewählten Positionen positive Lehrenstärken erfordern. Die Lehren von vorbestimmten positiven Stärken werden in ihren gewählten Positionen in der Magnetbohrung angeordnet.

Mehr im einzelnen schafft die vorliegende Erfindung ein Verfahren für eine passive Feldkorrektur eines Magneten und eine passive Feldkorrekturanordnung gemäß den Ansprüchen 1 bzw. 5.

Während die Patentschrift mit Ansprüchen abschließt, die die vorliegende Erfindung besonders hervorhebt und im einzelnen beansprucht, können Aufgaben und Vorteile der Erfindung einfacher aus der folgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen ermittelt werden, in denen:

Fig. 1 eine isometrische Ansicht von einer passiven Feldkorrekturanordnung ist;

Fig. 2 ein Teilschnittbild von der Feldkorrekturanordnung gemäß Fig. 1 ist, die in der Bohrung eines Magnetresonanzmagneten angeordnet ist;

Fig. 3 eine Endansicht von einer weiteren passiven Feldkorrekturanordnung ist;

Fig. 4 ein Teilschnittbild von der Feldkorrekturanordnung gemäß Fig. 3 ist, die in Bohrung eines Magnetresonanzmagneten angeordnet ist;

Fig. 5 eine isometrische Teilansicht der passiven Feldkorrekturanordnung gemäß Fig. 3 ist und einen der entfernbaren Ziehabschnitte zeigt, die in die passive Feldkorrekturanordnung eingeschoben sind;

Fig. 6 ein Fließbild ist für eine passive Feldkorrektur eines Magnetresonanzmagneten gemäß der Erfindung;

Fig. 7 eine aufgeschnittene isometrische Ansicht der Bohrung eines Magnetresonanzmagneten ist und die Positionen zeigt, in denen die Magnetinhomogenität geprüft wird; und

Fig. 8 eine Teilseitenansicht mit Abmessungen von Fig. 7 ist und die Positionen zeigt, in denen die Magnetinhomogenität geprüft wird.

In Fig. 1 ist eine passive Lehren- bzw. Feldkorrekturanordnung gezeigt, die eine nicht-magnetische dünnwandige Röhre 11 zeigt. Die Röhre ist aus Fiberglas hergestellt und bildet eine Röhre mit einer Wanddicke von 3,175 mm (1/8 Zoll). Mehrere longitudinal verlaufende nicht-magnetische Kanalstücke 13 sind im gleichen Abstand auf dem Umfang um den Innenraum der Röhre 11 herum angeordnet. Die Kanalstücke verlaufen entlang der Länge der Röhre und sind an dieser durch Schrauben befestigt, die in die Fiberglasröhre geschraubt sind. Die Kanalstücke haben Jeweils zwei vorstehende Ränder 13a, die sich auf jeder Seite des Kanals erstrecken. Die Ränder sind parallel zu der Röhre und verlaufen von dieser weg. Die Ränder erstrecken sich über die longitudinale Länge der Röhre. Die Kanalstücke können dadurch gefertigt werden, daß Aluminium zu der gewünschten Form extrudiert wird, oder, wenn Wirbelströme ein Problem sind, können die Kanalstücke aus Verbundmaterial pultrudiert werden. Pultrusion ist ein Verfahren, bei dem kontinuierliche Fäden durch eine Öffnung gezogen werden, die auch einhüllendes Kunstharz, wie beispielsweise ein Thermoplast, abgibt.

Bogenförmige Trägerstücke 15 aus nicht-magnetischem Material, wie beispielsweise Fiberglas, sind zwischen den zwei benachbarten Kanälen verschiebbar angebracht, wobei die vorstehenden Ränder 13a von zwei benachbarten Kanälen eine radiale Bewegung der Trägerstücke 15 verhindern. Ferromagnetische Streifen 17, die für die Fehlerkorrektur (Shimming) sorgen, sind auf die gewünschte Höhe auf den Trägerstücken gestapelt, wobei die Streifen eine kürzere Länge aufweisen als die Länge der bogenförmigen Trägerstücke. Die ferromagnetischen Streifen können 0,254 mm (0,010 Zoll) dicken kohlenstoffarmen Stahl aufweisen, die auf eine axiale Breite von 2 cm und und eine Umfangsausdehnung an ihrem mittleren Radius von 30 Grad für einen Magneten mit einer Bohrung von 1 m geschnitten sind. Die Streifen sind an den bogenförmigen Trägerstücken beispielsweise durch Schraubbefestigungsglieder 19 befestigt.

Die Trägerstücke sind in ihrer longitudinalen Position durch Klemmen 21 verankert, die aus Aluminium gestellt sein können. Die Klemmen, die aus Fig. 2 besser zu ersehen sind, schließen, wenn sie durch Schraubbolzen 23 an dem bogenförmigen Trägerstück befestigt sind, einen Teil des Randes 13a des Kanals 13 zwischen den Klemmen und dem bogenförmigen Trägerstück ein, wodurch die longitudinale Position der ferromagnetischen Streifen fixiert wird.

Die radiale Dicke der gesamten Anordnung wird auf einem Minimum gehalten, um jede Beeinträchtigung des kostbaren Bohrungsraums zu minimieren, der von Gradienten- und HF- Spulen und dem Patiententisch (die nicht gezeigt sind) eingenommen wird.

Die axiale Position der ferromagnetischen Streifen ist stufenlos einstellbar, und eine sehr feine Einstellung der Lehrenstärke ist erreichbar durch Ändern der Stapelhöhe der Streifen. Es können dünnere Stahlstreifen verwendet werden, um für eine feinere Stärkeneinstellung zu sorgen. Die Kanäle werden alle 45 Grad um den Innenumfang der Bohrung herum angeordnet, wodurch acht diskrete Umfangspositionen für die ferromagnetischen Streifen zur Verfügung stehen.

Die Wahl der Umfangspositionen in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wurde so gewählt, daß eine Feldkorrektur für sphärische Harmonische mit dem Grad m = 2 erhalten wurde. Felder mit m = 2 ändern sich sinusförmig mit 2Φ, wobei Φ der Umfangswinkel ist. Deshalb haben derartige Felder Spitzenwerte oder Knoten alle 45 Grad in Umfangsrichtung. Indem eine Möglichkeit geschaffen wird, Lehren bzw. Ausgleichskörper alle 45 Grad anzuordnen, wird somit eine Feldkorrektur von m = 2 Harmonischen gestattet.

Die maximale axiale Kraft auf eine 1 cm dicke Lehre bei gespeistem Magnet beträgt etwa 1 kg (20 Pounds) in einem 0,5 T Magneten. Der Lehrenträger könnte bewegt werden, wenn die Klemmen gelöst sind, während eine Einstellung der axialen Positionen vorgenommen wird. Ein Handgriff könnte in einfacher Weise gefertigt werden, der eine einfache Steuerung der Lehrenträger bei gelösten Klemmen gestatten würde.

In Fig. 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel gezeigt. Eine passive Feldkorrekturanordnung weist eine nichtferromagnetische dünnwandige Röhre 31 auf, die in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel aus Fiberglasmaterial mit einer Dicke von 3,175 mm (1/8 Zoll) gefertigt ist. Mehrere Kanalstücke 33 sind in gleichem Abstand um das Äußere der Röhre herum angeordnet. Die Kanalstücke erstrecken sich über die Länge der Röhre und sind daran durch Schrauben befestigt, die in die Fiberglasröhre 31 geschraubt sind. Einige der Schrauben 35, die an den Enden des Kanals angeordnet sind, erstrecken sich über die Oberfläche der Kanalstücke hinaus, um die Röhre konzentrisch in der Magnetbohrung zu positionieren. Dies ist deutlicher aus Fig. 4 ersichtlich. Die Kanalstücke haben vorstehende Ränder 33a auf jeder Seite des Kanals, die sich von dem Kanal weg erstrecken. Die Ränder sind parallel zu der Röhre und im Abstand von dieser angeordnet. Die Ränder erstrecken über die longitudinale Länge der Röhre. Die Kanalstücke können dadurch gefertigt werden, daß Aluminium in die gewünschte Form extrudiert wird, oder, wenn Wirbelströme ein Problem sind, kann der Kanal aus Verbundmaterial pultrudiert werden. Eine Vergrößerung der Anzahl von Umfangspositionen sorgt für eine größere Flexibilität beim Eliminieren tesseraler (achsperiodischer) Harmonischer.

Bogenförmige Ziehstücke 37, wie sie in Fig. 5 gezeigt sind, passen zwischen benachbarte Ränder 33a und erstrecken sich über die Länge der Röhre. Ferromagnetische Streifen 41, die als die Lehren bzw. Ausgleichsstücke dienen, sind auf die gewünschte Höhe auf den Ziehstücken gestapelt und an den Ziehstücken durch gewählte vorgebohrte Löcher 42 befestigt. Je mehr axiale Löcher vorgesehen sind, desto feiner ist die Einstellbarkeit des axialen Feldes. Die gleitende axiale Verschiebbarkeit der Lehren bzw. Ausgleichsstücke in dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 sorgt für eine stufenlose Einstellbarkeit, die in einigen Situationen wünschenswert sein könnte. Die Anzahl ferromagnetischer Streifen sorgt für eine Einstellung der Festigkeit bzw. Stärke. Die radiale Dicke der Lehren ist auf einem Minimum gehalten, so daß die Lehren in den Raum passen, der durch die einstellbare Höhe der verlängerten Schrauben 35 ausgebildet wird. Die Ziehstücke können aus der Bohrung des Magneten gleiten, um eine Einstellung der axialen Position und Dicke der ferromagnetischen Streifen zu gestatten. Die Ziehstücke können entfernt werden, wenn der Magnet gespeist ist und die Positionen der ferromagnetischen Streifen eingestellt sind.

Die Position und Höhe der ferromagnetischen Streifen in der Bohrung des Magneten werden benutzt, um Formen der Magnetfelder hervorzurufen, die Inhomogenitäten in dem durch den Magneten hervorgerufenen Feld korrigieren. Eine Flexibilität beim Positionieren der Stahlstreifen ist deshalb wichtig, so daß alle Feldformen erhalten werden können, die erforderlich sind, um Feldern entgegenzuwirken, die eine Homogenität für Bildgebungsqualität verhindern könnten. Flexibilität beim Positionieren ist auch wichtig, weil es zweifelhaft ist, daß die anfängliche Vorhersage der Positionen der ferromagnetischen Streifen perfekt ist. Bogenförmige Lehren in speziellen Positionen sind nicht beabsichtigt, um spezielle Harmonische zu eliminieren. Statt dessen soll die Kombination aller Lehren bzw. Ausgleichskörper zusammen die Feldhomogenität vergrößern. In Situationen, wo eine erforderliche Lehrenhöhe mit dem verfügbaren Bohrungsraum in Konflikt käme, können in beiden Ausführungsbeispielen breitere Lehren verwendet werden.

Fig. 6 zeigt ein Fließbild der Schritte beim Ermitteln der richtigen Positionen und Dicken der Lehren bzw. Ausgleichskörper. Der erste Schritt im Block 45 besteht darin, die anfängliche Inhomogenität in der Bohrung des Magneten zu ermitteln, der mit einer Feldkorrektur versehen werden soll. Das Magnetfeld wird in dem gespeisten Magneten auf einem imaginären Gitter 46 gemessen. Für einen 0,5 Tesla supraleitenden Magneten mit einer Bohrung mit einem Durchmesser von 1 m kann ein Gitter mit 314 Punkten, die auf dem Umfang von 13 Kreisen und auf 2 Punkten 20 cm auf Jeder Seite von der Bohrungsmitte auf der z Achse liegen, wie es in den Fig. 7 und 8 gezeigt ist, verwendet werden. Fünf der Kreise haben ihren Mittelpunkt auf der z Achse und einen Durchmesser von 44 cm, sechs der Kreise haben ihren Mittelpunkt auf der z Achse und einen Durchmesser von 20 cm. Die zwei verbleibenden Kreise der 13 Kreise haben einen Durchmesser von 28 cm. Die größeren Kreise sind auf jeder Seite von der Mitte der Bohrung entlang der z Achse bei 7,5 und 10 cm angeordnet. Die einen kleineren Durchmesser aufweisenden Kreise sind auf jeder Seite des Mittelpunktes der Bohrung entlang der z Achse bei 10, 15 und 20 cm angeordnet. Die Zwischenkreise sind konzentrisch mit den kleineren und größeren Kreisen bei 10 cm auf jeder Seite der Bohrungsmitte entlang der z Achse. Die Messungen wurden an 24 in gleichem Abstand auf dem Umfang angeordneten Punkten entlang jedem Kreis vorgenommen. Diese Kreise folgen der Grenze des interessierenden Volumens, da die maximalen und minimalen Feldwerte dort liegen müssen. Die Kreispositionen sind so gewählt, daß sie nahe den idealen Magnetfeldextremitäten sind, und die tatsächliche Inhomogenität sollte nahe bei derjenigen sein, die durch Abtasten ihrer Punkte gefunden wurde. Auf der Basis eines Vergleiches des gemessenen Feldes an jedem der Punkte, wenn die Differenz unter den Punkten über 500 ppm ist, wie es in dem Block 47 ermittelt wird, wird dann die Position großer Lehren bzw. Ausgleichskörper für eine Gradientenaufhebung in dem Block 51 ermittelt und das Feld wird erneut gemessen, wobei sich großen Lehren in ihrer Lage befinden. Wenn die Inhomogenität kleiner als 500 ppm ist, dann wird ein PLAS3D Code im Block 53 durchlaufen.

Der PLAS3D Code ermittelt für jede zulässige Lehrenposition die Feldwirkung einer bogenförmigen Stahllehre mit gegebenen Axial-, Radial- und Umfangsabmessungen an jedem der 314 Feldmeßpunkte. Die Axial- und Umfangspositionen der bogenförmigen Stahllehren sind eine Variable in dem Feldkorrekturverfahren. Wenn sich beispielsweise der zulässige Bogenbereich von -90 bis 90 cm entlang der z Achse erstreckt, können die Feldwirkungen mit einem Bogen Jede 10 cm entlang der z Achse ermittelt werden. Mit höheren Dichten braucht der Algorithmus länger, hat aber mehr mögliche Lehrenpositionen zur Folge und sorgt somit im allgemeinen für eine bessere Homogenität.

Das Magnetfeld von magnetisiertem Material kann als eine Reihe von sphärischen Harmonischen dargestellt werden, die sich um den Ursprung des Koordinatensystems des Magneten ausbreiten. Die Gleichungen für die Magnetfeldharmonischen sind:

wobei die Koeffizienten A (n, m) das Volumenintegral über der Lehre, a(n,m) die Übertragungsfunktionen, die von Schenck u. a. definiert sind, und P(n, m) das zugeordnete Legendre Polynom darstellen. Die Anzahl der Terme, die zum genauen Darstellen des Magnetfeldes erforderlich sind, hängt von der Größe des interessierenden Volumens ab; für die hier beschriebenen Feldkorrekturzwecke ist eine Expansion über eine Ordnung und Grad acht ausreichend. Die Magnetisierung in den Stahllehren kann berechnet oder angenommen werden.

Die Ermittlung der Bogenfeldwirkungen brauchen nur für eine Umfangsposition an jeder gewählten axialen Position durchgeführt und das Bogenfeld in fünfzehn Grad Inkremente indexiert zu werden, um das Feld von jeder von vierundzwanzig Umfangspositionen darzustellen. Typische Umfangsbogendichten sind nur 8 bis 12 pro Kreis, damit die Indexierung genaue Resultate liefert.

Wenn die erforderlichen Datensätze einmal erzeugt worden sind, die die Feldwirkung an jedem der 314 Feldmeßpunkte für alle vorbestimmten Positionen der bogenförmigen Lehren enthalten, wird die Wirkung von jeder Bogenposition einzeln auf das gewählte Gitter evaluiert für ihre maximale Stärke, die als diejenige Stärke definiert ist, die die minimale Inhomogenität für das Bildgebungsvolumen herbei führt. Ein derartige Optimierung kann unter Verwendung einer Routine kleinster Fehlerquadrate durchgeführt werden, die die folgenden Gleichungen löst:

wobei ε das gewählte Maß an Feldhomogenität ist, Bzm das gemessene Feld am Punkt m darstellt und Cm der Koeffizient ist, der das Feld pro Einheitsdicke darstellt, das durch eine Lehre an der fraglichen Stelle an dem Feldpunkt m hervorgerufen ist. Die Gleichung wird für jede Bogenposition auf dem Gitter aufgestellt und gelöst, um die Lehrendicken an jeder Position zu ergeben, die die minimale Feldinhomogenität erzielt. Diese Optimierung bezüglich der Dicke geht von der Annahme aus, daß die Feldwirkung auf einem Bogen linear abhängig ist von seiner Dicke; d. h. daß die Magnetisierung des Bogens sich nicht mit der Dicke ändert. Diese Annahme gilt strenggenommen nur für Bögen, die gesättigt sind. Wenn die Lehrendicke negativ ist (keine physikalisch realistische Lösung), wird die Position aus der Überlegung gestrichen. Der Satz verbleibender Positionen wird dann im Block 55 als eine Anfangsannahme in den SHIMPSV Code eingegeben.

Der SHIMPSV Algorithmus ermittelt, wo die bogenförmigen Lehren anzuordnen sind und welches ihre Dicken sind. Während das PLAS3D Programm viele Dutzend Positionen liefern kann, die eine positive Stärke der Lehren erfordern, sind nur 20-25 dieser Positionen für eine Feldkorrektur erforderlich. Deshalb muß ,der Algorithmus entscheiden, welche zu eliminieren sind. Der SHIMPSV Algorithmus startet mit allen Positionen, die eine positive Stärke aufweisende Lehren erfordern, was etwa die Hälfte der Positionen ist, die zunächst durch den PLAS3D Algorithmus geprüft wurden. Dann wird eine lineare Optimierung kleinster Fehlerquadrate für alle positiven Lehrenstärken gleichzeitig durchgeführt. Das Resultat des ersten Durchlaufes wird eine eine negative Stärke aufweisende Lehre enthalten, wobei diese Positionen aus der Betrachtung eliminiert werden. Negative Stärken entstehen, weil die Wirkung aller Lehrenpositionen, die mit positiven Stärken gefunden wurden, einzeln nicht die gleiche ist, wie die Wirkung aller dieser Lehren, die gleichzeitig betrachtet werden. Dann werden die verbleibenden Positionen, die Lehren mit positiver Stärke erfordern, genommen und die Optimierung kleinster Fehlerquadrate wird erneut durchlaufen. Das Verfahren des Eliminierens von Positionen mit negativer Stärke wird wiederholt, bis eine Lösung erhalten wird, bei der alle Lehren eine positive Stärke haben. Die vorhergesagte Inhomogenität der Lösung wird mit der gewünschten Inhomogenität in dem Block 57 verglichen. Die Feldhomogenität, die mit einer gegebenen Gruppe von Lehrenpositionen positiver Stärke erzielbar ist, hängt im allgemeinen invers von der Anzahl von Lehrenpositionen ab, mit denen gearbeitet wird, also je mehr Lehren desto besser. Wenn eine Lösung, bei der alle Stärken positiv sind, mit einer vorhergesagten Inhomogenität innerhalb der Spezifikation nicht möglich ist, werden die Parameter im Block 61 verändert, um die Anzahl zulässiger Lehren-positionen zu vergrößern, die von dem PLAS3D Code versucht werden. Es ist wünschenswert, Lehren zu verwenden, die longitudinal enger zur Mitte der Bohrung sind, da eine kleinere Lehre näher zur Mitte eine größere Wirkung auf die Inhomogenität in der Mitte des Magneten hat, als eine Lehre, die longitudinal von der Mitte verschoben angeordnet ist. Wenn eine Lösung mit einer Gruppe von Positionen näher zur Mitte nicht erreicht werden kann, kann die Anzahl zulässiger Lehrenpositionen erhöht und der PlAS3D Code erneut durchlaufen werden. Eine Lösung, bei der alle Lehrenstärken positiv sind, ist eine physikalische Möglichkeit und wird für die erste Plazierung von Lehren in der Bohrung im Block 63 verwendet. Negative Lehrenstärken bzw. -festigkeiten würden ein Material mit einer negativen Permeabilität erfordern. Wenn die Lehren in dem gespeisten Magneten in ihrer Lage sind, wird das Feld in der Bohrung wieder an den 314 Positionen auf dem Gitter im Block 65 gemessen. Wenn die Inhomogenität von der Vorhersage mehr als gewünscht abweicht, wird der SHIMPSV Algorithmus wieder mit fixierten Bogenpositionen und mit den Feldwerten durchlaufen, die mit den in ihrer Lage befindlichen Lehren erhalten werden. Dann wird eine Routine kleinster Fehlerquadrate verwendet, um die Dicken der Bögen im Block 67 einzustellen. Diese Dickenänderungen sollten kleine Bruchteile der Anfangsdicken sein und sollten, wenn sie einmal implementiert sind, die Inhomogenität auf den gewünschten Bereich reduzieren.

Es gibt mehrere mögliche Änderungen bei der Implementierung des SHIMPSV Algorithmus im Block 55, die sich in gewissen Fällen als vorteilhaft erweisen können. Die Positionen, die aus der Überlegung an irgendeinem Schritt in der Iteration des SHIMPSV Codes aufgrund negativer Lehrendicken gestrichen worden sind, können in einer späteren Iteration eingeführt werden und somit effektiv mehr Positionen liefern, die versucht werden können. Wenn dies eine Lösung mit mehr Lehren zur Folge hat, wird die vorhergesagte Inhomogenität im allgemeinen kleiner sein und diese Lösung wünschenswert machen. Die Ermittlungen kleinster Fehlerquadrate nehmen eine lineare Relation zwischen Änderungen in der Lehrendicke und der Wirkung auf das Feld an. Das vorstehend beschriebene Verfahren zur Ermittlung von Lehrenpositionen in der Bohrung eines Magneten kann mit Elektromagneten, die supraleitende Magnete enthalten, und Permanentmagneten verwendet werden.

Vorstehend wurde ein Verfahren beschrieben zur passiven Feldkorrektur einer MR Magnetanordnung, das einen Grad an Feldhomogenität, der für Magnetresonanz-Bildgebung erforderlich ist, ohne die Verwendung von Korrekturspulen erreichen kann.


Anspruch[de]

1. Verfahren zum passiven Anordnen von Ausgleichskörpern bei einem Magneten mit einer zentralen Bohrung unter Verwendung von Ausgleichskörpern bzw. Lehren (17), die in der Bohrung des Magneten angeordnet sind, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:

(a) Messen der anfänglichen Feld-Inhomogenität in der Bohrung des Magneten,

(b) Wählen zulässiger Lehrenpositionen in der Bohrung des Magneten,

(c) Prüfen der Magnetfeldwirkung von einer Lehre an jedem der vorbestimmten zulässigen Lehrenpositionen in der Bohrung des Magneten unabhängig voneinander, um die erforderliche Lehrenfestigkeit zu ermitteln, um die Magnetfeld-Inhomogenität in der Magnetbohrung zu verbessern,

(d) Selektieren der Positionen, wo positive Lehrenfestigkeiten vorteilhaft gefunden wurden,

(e) Ermitteln der notwendigen Lehrenfestigkeiten, um die Magnetfeld-Inhomogenität an jeder gewählten Position zu verbessern, wobei alle gewählten Positionen gleichzeitig betrachtet werden,

(f) Eliminieren von Positionen, an denen eine erforderliche negative Lehrenfestigkeit gefunden wurden, und Wiederholen der Schritte (e) und (f), bis alle übrigen gewählten Positionen positive Lehrenfestigkeiten erfordern, und

Anordnen von von Lehren vorbestimmter Dicke an ihren gewählten Positionen in der Bohrung des Magneten.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei nach dem Schritt (f) in Anspruch 1 die folgenden Schritte durchgeführt werden

Vorhersagen der Feld-Inhomogenität mit den Lehren vorbestimmter Dicke an ihren gewählten Positionen in der Bohrung des Magneten,

Vergleichen der vorhergesagten Inhomogenität mit einer gewünschten Inhomogenität,

Vergrößern der Anzahl vorbestimmter zulässiger Positionen in Schritt (b), um die Differenz zwischen der vorhergesagten und der gewünschten Inhomogenität zu verkleinern, und Wiederholen der Schritte (c), (d), (e) und (f).

3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei ferner der folgende Schritt durchgeführt wird:

Wiedereinführung einer Position in Schritt (f), die zuvor in einer früheren Iteration eliminiert wurde, weil eine negative Lehrenfestigkeit erforderlich war, um die Anzahl gewählter Positionen vergrößern zu helfen, die für positive Lehrenfestigkeiten als erforderlich gefunden wurden.

4. Verfahren nach Anspruch 1, ferner enthaltend die Schritte:

(h) Messen der Feld-Inhomogenität in der Magnetbohrung mit den in ihrer Lage befindlichen Lehren,

(i) Ermitteln inkrementaler Änderungen in der Lehrenfestigkeit an den gewählten Positionen, um die Differenz zwischen einer gewünschten Inhomogenität und einer vorhergesagten Inhomogenität zu verkleinern auf der Basis der Feld-Inhomogenität, die mit den in ihrer Lage befindlichen Lehren gemessen wird, und

(j) inkrementelles Ändern der Lehrendicken an den gewählten Positionen in der Magnetbohrung um die Beträge, die in dem vorherigen Schritt ermittelt wurden.

5. Passive Anordnung von Lehren bzw. Ausgleichskörpern für einen Magneten mit einer zentralen Bohrung, enthaltend:

eine nicht-magnetische Röhre (11), die koaxial in der Bohrung des Magneten angeordnet ist,

mehrere bogenförmige Streifen (17) vorbestimmter Länge aus einem ferromagnetischen Material, dadurch gekennzeichnet, daß die Streifen lösbar an dem Rohr befestigt sind, die Streifen sich in Umfangsrichtung um das Rohr herum erstrecken und an verschiedenen Positionen auf dem Rohr angeordnet sind, die unter Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4 gewählt sind.

6. Anordnung nach Anspruch 5, wobei die Streifen (17) an der Außenseite des Rohres (11) befestigt sind.

7. Anordnung nach Anspruch 5, wobei die Streifen (17) an der Innenseite des Rohres (11) befestigt sind.

8. Anordnung nach Anspruch 5, wobei ferner Mittel zum koaxialen Anordnen des Rohres in der Bohrung vorgesehen sind.

9. Anordnung nach Anspruch 6 oder 7, wobei alle Streifen (17) die gleiche Länge haben.

10. Anordnung nach Anspruch 9, wobei die Streifen (17) als Streifenstapel mit unterschiedlichen Höhen befestigt sind.

11. Anordnung nach Anspruch 5, ferner enthaltend:

mehrere Kanalteile (13), die an der Innenseite des Rohres (11) befestigt sind und die im gleichen Abstand um den Umfang herum angeordnet sind und sich in einer Längsrichtung erstrecken,

mehrere bogenförmige Trägerstücke (15), die zwischen benachbarten Kanalstücken an den gewählten Positionen gleitend angebracht sind,

Klemmittel (21), die den Täger (15) an den Kanälen befestigen, um eine Gleitbewegung zu verhindern, und

einen Stapel von Streifen (17) aus ferromagnetischem Material, der an jedem der Trägerstücke lösbar befestigt ist.

12. Anordnung nach Anspruch 11, wobei die Trägerstücke (15), die Kanalteile (13) und die Klemmittel (21) jeweils nicht-magnetische Materialien aufweisen.

13. Anordnung nach Anspruch 5, ferner enthaltend:

mehrere Kanalteile (33), die an der Außenseiten des Rohres (31) befestigt sind und die im gleichen Abstand in Umfangsrichtung angeordnet sind und sich in einer Längsrichtung erstrecken,

mehrere bogenförmige Ziehstücke (37), die zwischen benachbarten Kanalstücken gleitend angebracht sind, und

mehrere Stapel der Streifen (41) aus ferromagnetischem Material, die an jedem der Ziehstücke lösbar befestigt sind.

14. Anordnung nach Anspruch 13, wobei ferner Mittel (35) zum koaxialen Anordnen des Rohres in der Bohrung des Magneten vorgesehen sind.







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