Устройство для создания магнитного поля

 

Изобретение относится к устройствам для создания магнитного поля, применяемым , например, в медицинской аппаратуре, использующей ядерный магнитный резонанс . Целью изобретения является расширение области пространства магнитного поля с заданной величиной линейности градиента . Устройство включает пластины 1, 2, катушки 3, 4, 5, 6 Особенностью изобретения является расположение витков катушек по контуру части кругового кольца, центром которого является геометрический центр пластины, и выбор углового раскрыва в 120°. 1 табл., 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (st)s G 01 R 33/24

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4834439/21 (22) 07.06.90 (46) 07,05.92. Бюл. ¹ 17 (71) Ленинградский институт точной механики и оптики (72) П,А.Галайдин, А.И.Замятин и Л,А.Шахматов (53) 621,317.4 (088.8) (56) The Review of Scientic Instruments. ¹ 3, ч,32, 1961, р. 241 — 249.

„, Ж,„, 1732246 А1 (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ СОЗДАНИЯ МАГНИТНОГО ПОЛЯ (57) Изобретение относится к устройствам для создания магнитного поля, применяемым, например, s медицинской аппаратуре, использующей ядерный магнитный резонанс. Целью изобретения является расширение области пространства магнитного поля с заданной вели иной линейности градиента. Устройство включает пластины 1, 2, катушки 3, 4, 5, 6. Особенностью изобретения является расг.оложение витков катушек по контуру части кругового кольца, центром которого является геометрический центр пластины, и выбор углового раскрыва в

120, 1 табл., 1 ил.

1732246

Изобретение относится к устройствам для создания магнитного поля (градиентным системам), применяемым, например, в медицинской аппаратуре, использующей ядерный магнитный резонанс.

В ЯМР-томографах, где для создания основного магнитного поля используются электромагниты или постоянные магниты, для обеспечения доступа к рабочему обьему градиентные системы расположены на плоских наконечниках основного магнита.

Известна градиентная система, содержащая четыре одинаковых седлообразных катушки, расположенных симметрично относительно геометрического центра на цилиндрической поверхности. Каждая из катушек содержит два дуговых участка на расстояниях 0,38R и 2,57R от центра системы, где R — радиус цилиндрической поверхности. Такую градиентную систему в описанных томографах использовать невозможно, так как катушки градиентной системы перекрывают рабочую зону, Известна плоская градиентная система, состоящая из четырех одинаковых катушек, расположенных попарно в двух взаимно-параллельных плоскостях. Витки каждой из катушек такой системы расположены по контурам нескольких прямоугольников, три стороны которых совпадают, а четвертые стороны расположены равномерно в пределах контура катушек. Создаваемый этой системой градиент магнитной катушки имеет недостаточную линейность, так как не используется возможность компенсации нелинейности градиента.

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемой является плоская градиентная система, состоящая из четырех одинаковых катушек, расположенных попарно в двух взаимно-параллельных плоскостях. Размеры и расположение на плоскостях BUITKQB катушек, выполненных по контуру прямоугольника, выбраны так, что осуществлена компенсация члена третьего порядка разложения в ряд Тейлора функции составляющей индукции магнитного поля градиентной системы, направленной перпендикулярно плоскостям катушек, Разложение этой функции для системы картушек с учетом компенсации члена третьего порядка можно записать следующим образом: 1

Bz=,и I (6 (— )+Gg(— ) )

Х Х: где,и = 4л10 ! — ток в катушках;, G, Gs — коэффициенты ряда Тейлора первого и пятого порядков соответственно;

X — координата точки наблюдения;

Zo — половина расстояния между плоскостями катушек, Из этого выражения следует, что нели5 нейность градиента определяется членом пятого порядка ряда Тейлора, Преобразуя, получают

В, =,и I G (— ) (1 + G (— ) " ), 10 Нелинейность градиентной системы оценивается коэффициентом нелинейности

К = Gs/G>, который для рассматриваемой системы равен 0,625.

Недостатком известной градиентной

15 системы является невысокая линейность градиента индукции, создаваемого ею магнитного поля, что приводит к ухудшению технических характеристик ЯМР-томографов.

20 Цель изобретения — расширение области пространства магнитного поля с заданной величиной линейности градиента.

Эта цель достигается тем, что в устройстве для создания магнитного поля, включа25 ющем четыре катушки, расположенные попарно симметрично в двух плоскостях, которые взаимно-параллельны и симметричны, витки катушек, расположенных в одной плоскости, намотаны встречно, направле30 ние их намотки в каждой из плоскостей противоположно, катушки расположены по контуру части кругового кольца, центром которого является геометрический центр плоо скости, угловой раскрыв равен 120, а

35 внутренние и внешние дуги соответственно равны 0,1946Z и 1,2843Z, где 2 — расстояние между плоскостями.

На чертеже схематично показано устройство для создания магнитного поля.

40 Устройство содержит две взаимно-параллельные пластины 1 и 2 из электроизоляционного материала, На них уложены витки катушек 3 — 6-; расположенные по контуру части кругового кольца, центром которого яв45 ляется геометрический центр пластины, а угловой раскрыв равен 120 . В геометрическом центре системы катушек расположен центрдекартовой системы координат О. Ось

Z системы координат перпендикулярна пло50 скостям пластин 1 и 2, а плоскость OXZ является плоскостью симметрии каждой из катушек, Витки катушек, расположенных в одной плоскости, намотаны встречно, а направление их намотки в каждой из плоско55 стей противоположно, Описанная градиентная система создает магнитное поле с линейным градиентом вдоль оси Х.

Для определения размеров катушек может использоваться следующий метод, Раз1732246

При указанных значениях радиусов дуг коэффициент нелинейности имеет значение

К = G5/61 0,471, т.е. меньше чем у прототипа.

В таблице приведена сравнительная оценка областей с заданной нелинейностью градиента вектора индукции магнитного поля прототипа и предлагаемого устройства.

3V3 48 — 278 +4 язв

32ЛВ (1 +2) 9г г г 4 6

<5

270 — 4545 Я + 3225 Я вЂ” 366 Е

364л.в (1 +82) 11/2

Приравнивая 63 нулю, получаем значения радиусов дуг кругового витка с током R1

= 1,2843Z, и Rz = 0,1946Z, при которых происходит компенсация члена 6з.

Составитель А. Замятин

Редактор О, Головач Техред М.Моргентал Корректор Т. Палий

Заказ 1579 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб;, 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101 ложим в ряд Тейлора функцию индукции магнитного поля, создаваемого дугой кругового витка с током 1 и радиусом R

В = / !(61(Z)+Gз(Z) +

Х Х з

+65 (— ) 5+...) где, =4л10; ! — ток в катушках; и Вг 10

G = коэффициенты ряда (п=

Ni хп

= 1, 3, 5), Х вЂ” координата по оси Х точки наблюдения.

Выражение для 61, преобразованное с учетом углового размера дуги 120О, имеет вид /3 2 — е

61—

4лй „2 52 20 где а=2/2В;

Z — расстояние между плоскостями.

Дифференцируя, получим

Сравнение этих градиентных систем показывает, что предлагаемое устройство имеет расширенную область линейности градиента индукции магнитного поля по сравнению с прототипом, Это улучшает технические характеристики ЯМР-аппаратуры.

Формула изобретения

Устройство для создания магнитного поля, включающее четыре катушки, расположенные попарно симметрично в двух плоскостях, которые взаимно параллельны и симметричны, причем витки катушек, расположенных в одной плоскости, намотаны встречно, а направление их намотки в каждой из плоскостей противоположно, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения области пространства магнитного поля с заданной величиной линейности градиента. витки катушек расположены по контуру части кругового кольца, центром которого является геометрический центр плоскости, угловой раскрыв которой равен 120О, а внутренняя и внешние дуги которого соответственно равны 0,19462 и 1,28432, где Z— расстояние между плоскостями.