專利名稱：用于在繞組內(nèi)部中產(chǎn)生均勻的磁場的帶有終修正的連續(xù)卷繞的螺線管繞組以及相關(guān)的優(yōu) ...的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于產(chǎn)生均勻的磁場的裝置以及一種用于在試樣空間(Probenraum)中的磁場的優(yōu)化方法，該方法提供了用于制造這種裝置的規(guī)范 (Spezifikation)。
背景技術(shù)：
在多種應(yīng)用中(例如在磁共振X光線斷層攝影術(shù)(Magnetresonanztomographie) 中)必須的是，利用均勻的磁場加載長形的(ISnglich)試樣空間。在此，通常使用長形的螺線管繞組(Solenoidspule)，圍繞試樣空間卷繞該螺線管繞組。然而，在這種繞組的內(nèi)部中的磁場僅僅在這樣的邊界情況(Grenzfall)中為精確地均勻的，即，在該情況中繞組無限長。相反地，在實際的應(yīng)用中在有限長的繞組中通過邊緣效應(yīng)損害均勻性。為了補償該邊緣效應(yīng)使用修正繞組(Korrekturspule)，其抵消完美的均勻性的不期望的偏差。不利地，該修正繞組需要附加的安裝空間和附加的供電部(StromzufUhrimg)， 這尤其地在低溫保持器(Kryostaten)的狹窄的內(nèi)空間中不總是供使用的。此外，僅僅當(dāng)在磁組件的材料的制造時最精確地遵守修正繞組的事先計算的尺寸和位置時，才可實現(xiàn)期望的磁場的均勻性?？稍趤單⒚追秶械木纫笥袝r超過加工公差。為了避免附加的供電部以及通過這種附加的供電部引起的加熱，可獨立操控的修正繞組有時實現(xiàn)為集成到螺線管繞組中的附加的修正線圈(Korrekturwindimg)，該修正線圈總是引導(dǎo)與螺線管繞組一樣的電流。不利的是，對于修正線圈的定位的精度要求比對于可獨立操控的修正繞組的定位的精度要求更高。

發(fā)明內(nèi)容
因此本發(fā)明的目的為，提供一種用于產(chǎn)生磁場的裝置，在沒有修正繞組或修正線圈的情況下，該裝置也作為螺線圈繞組利用均勻的磁場加載試樣空間，并且與帶有根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的修正繞組或修正線圈的組件相比，可以更小的機械的精度要求制造該裝置。根據(jù)本發(fā)明，該目的通過根據(jù)主權(quán)利要求的裝置以及根據(jù)附加權(quán)利要求 (Nebenanspruch)的優(yōu)化方法實現(xiàn)。分別從回引權(quán)利要求1和7的從屬權(quán)利要求中得到其它有利的設(shè)計方案。在本發(fā)明的范圍中，研發(fā)了一種用于在長形的試樣空間中產(chǎn)生均勻的磁場的裝置。該裝置包括至少一個激勵繞組以用于產(chǎn)生磁場。在此，均勻性在數(shù)學(xué)的思想中不視為是非特性(Ja-Nein-Eigenschaft)，而視為逐漸的(graduell)概念，其體現(xiàn)了實際狀態(tài)與該數(shù)學(xué)的物理學(xué)上不可實現(xiàn)的理想狀態(tài)的保留的偏差。其可絕對地定義為在磁場的單位(Einheit)中在實際狀態(tài)和理想狀態(tài)之間的最大差別(“直至χ毫特的均勻性”)。但是，其也可相對地定義為(同樣根據(jù)量的(betragsmaBig)或二次的)該偏差和磁場強度的商δβ/β(直至ιο_4的均勻性(Homogenitat))。根據(jù)本發(fā)明，連續(xù)地圍繞試樣空間卷繞激勵繞組，并且至少在激勵繞組的部分區(qū)域中激勵繞組的線圈直徑沿著試樣空間的縱軸線連續(xù)地變化。認(rèn)識到，當(dāng)不存在附加的修正繞組或修正線圈時，利用激勵繞組的這種類型的造型(i^rmgebimg)仍然可明顯減小在非無線長的螺線管繞組中出現(xiàn)的且使場的均勻性惡化的邊緣效應(yīng)。由此，根據(jù)本發(fā)明，在激勵繞組中自身已經(jīng)結(jié)合了其磁場的不均勻性的部分的修正，通過激勵繞組的有限的長度引起該不均勻性。由此，與使用傳統(tǒng)的圓柱形的螺線管繞組相比，即使沒有修正繞組或修正線圈，在試樣空間的內(nèi)部中的磁場分布也明顯更均勻。在此重要的是，激勵繞組的線圈直徑沿著試樣空間的縱軸線連續(xù)地變化。由于激勵繞組的有限的長度，激勵繞組的磁場是不均勻的。根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)通過少數(shù)離散的修正繞組或修正線圈引起的對該不均勻性的修正通過線圈直徑的連續(xù)的變化分布到整個激勵繞組上。每個極小的(infinitesimal)線圈元件為修正貢獻(xiàn)極小的份額。由此，在試樣空間的內(nèi)部中的磁場的需求的均勻性和激勵繞組的準(zhǔn)確的造型之間的關(guān)聯(lián)是連續(xù)的。對于本領(lǐng)域技術(shù)人員提出這樣的該目的，即，制造帶有預(yù)定的總尺寸的裝置，該裝置在試樣空間的預(yù)定的部分體積中(“感興趣體積(Volume of Interest) ”，V0I)產(chǎn)生帶有預(yù)定的場強度和均勻性的磁場。如果配備有根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)，即，可連續(xù)地圍繞試樣空間卷繞激勵繞組并且激勵繞組的線圈直徑應(yīng)至少在激勵繞組的部分區(qū)域中沿著試樣空間的縱軸線連續(xù)地變化，則本領(lǐng)域技術(shù)人員可如此利用合適的優(yōu)化方法定制(mai3 schneidern) 激勵繞組的準(zhǔn)確的造型，即，滿足對其作為目的提出的預(yù)設(shè)方案(Vorgabe)。為此，多種的 (eine breite Palette)方法可供本領(lǐng)域技術(shù)人員使用。對于簡單的標(biāo)準(zhǔn)情況，用于計算磁場分布的商業(yè)的軟件可供使用。此外，備選地或以組合的方式對于激勵繞組的形狀可使用參數(shù)化的方式(Ansatz)。緊接著可利用標(biāo)準(zhǔn)軟件優(yōu)化自由的參數(shù)。磁場特性與激勵繞組的準(zhǔn)確的造型的連續(xù)的相關(guān)性允許應(yīng)用用于數(shù)值(numerisch)范數(shù)擬以及參數(shù)優(yōu)化的現(xiàn)代化技術(shù)。本發(fā)明也涉及尤其合適的參數(shù)優(yōu)化方法，在該方法中優(yōu)化磁場的一定的特性。在此，優(yōu)化參數(shù)與激勵繞組的形狀聯(lián)合。在優(yōu)化方法的每個步驟中，數(shù)值地范數(shù)擬在試樣空間中的由具體的值得出的磁場分布以用于評估一組用于優(yōu)化參數(shù)的具體的值。利用目前已具有的工具，借助于數(shù)值的范數(shù)擬的優(yōu)化顯著地快于傳統(tǒng)的基于物理地加工樣板并測量各個所產(chǎn)生的磁場的優(yōu)化。然而，優(yōu)化的這種方式本身僅僅需要本領(lǐng)域技術(shù)人員進(jìn)行合理次數(shù)的嘗試，以實現(xiàn)磁場的這樣的均勻性，即，該均勻性好于圓柱形螺線管繞組。在繞組形的狀優(yōu)化時磁場特性的有益的性能得益于這樣的情況，S卩，通過修正分布到整個激勵繞組上，與根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)所使用的少數(shù)離散的修正繞組或修正線圈的誤定位相比，尚未優(yōu)化的線圈的定位更不強烈地作用于在試樣空間中的磁場的均勻性。根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，在試樣空間中的磁場分布如此敏感地與修正繞組或修正線圈的位置相關(guān)，即，不總是可物理地實現(xiàn)已經(jīng)數(shù)值地發(fā)現(xiàn)的該位置的最優(yōu)值(Optimum)。最優(yōu)值為如此狹義的 (schmal)，即，精度要求往往超過加工公差。根據(jù)發(fā)明者的當(dāng)前的認(rèn)識，該現(xiàn)有技術(shù)的缺點的原因為，修正的總的效果僅僅取決于很少的參數(shù)，即，取決于少數(shù)離散的修正繞組的位置和場強度或取決于修正線圈的位置。認(rèn)識到，與在獨立的修正繞組中相比更難控制在修正線圈中磁場的修正的效果，因為在修正線圈中不可獨立地調(diào)整電流。這對此負(fù)責(zé)任，即，用于修正線圈的定位的要求比用于修正繞組的定位的要求更高。
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根據(jù)本發(fā)明，修正的效果現(xiàn)取決于每個極小的線圈元件的定位，從而修正可視為連續(xù)的尺寸。因此，線圈的單個的區(qū)域的誤定位對磁場分布的作用如此小，即，使得在制造過程中尤其偶然的波動Gchwankung)相互平衡(herausmitteln)。在試樣空間中的磁場的改進(jìn)的均勻性也意味著，與在使用傳統(tǒng)的螺線管繞組時相比，試樣空間的部分體積(在其中滿足由具體的應(yīng)用情況預(yù)定的對均勻性的要求(“感興趣體積”，VOI))更大。激勵繞組或所有激勵繞組的整體不必包圍整個試樣空間。當(dāng)沿著試樣空間的縱軸線在多個激勵繞組之間有空隙或甚至單個激勵繞組具有空隙時，也實現(xiàn)了根據(jù)本發(fā)明的效果。通過這種類型的空隙，在存在的(anliegend)磁場中可保持可接近試樣空間以用于觀察或操縱位于試樣空間中的試樣(Probe)。在本發(fā)明的尤其有利的設(shè)計方案中，在激勵繞組或所有激勵繞組的整體中，線圈直徑沿著試樣空間的縱軸線的至少10%、優(yōu)選地至少20%且相當(dāng)尤其優(yōu)選地至少30%嚴(yán)格單調(diào)增加，并且線圈直徑沿著試樣空間的縱軸線的至少10%、優(yōu)選地至少20%且相當(dāng)尤其優(yōu)選地至少30%嚴(yán)格單調(diào)減小。那么，用于由激勵繞組引起的磁場的不均勻性的修正沿著縱軸線分布到如此大的區(qū)域上，即，單個線圈的輕微的誤定位不使修正失敗。在機械地卷繞繞組時，通?？蛇_(dá)到的精度是足夠的。直觀地說這意味著以下方面原則上，在螺線管繞組中，場線更密集地位于繞組的中央，從而磁場強于在繞組的端部處的磁場。如果隨著不斷地接近繞組中央線圈直徑增加， 以使得線圈直徑尤其地在繞組的中央為最大值，則密集地存在的場線彼此分開地彎曲。由此使磁場均勻化。激勵繞組可設(shè)計成自由支撐的；激勵繞組卷繞在承載件上不是必須的。例如，在應(yīng)用原子物理時可需要的是，輻射源和探測器之間存在盡可能少的質(zhì)量分配 (Massenbelegung)；這防止了，在粒子撞擊到探測器上之前吸收過多的粒子。然而，有利地， 激勵繞組卷繞在空心的承載件上；這既簡化了制造也簡化了操作。在本發(fā)明的尤其有利的設(shè)計方案中，繞組卷繞在空心的承載件上，承載件的表面為這樣的表面的一部分，即，該表面相對于試樣空間的縱軸線對稱。這意味著，承載件的形狀沿著試樣空間的縱軸線連續(xù)地變化。承載件由至少一個部分件(TeilstUck)組成，但是也可由多個部分件組成。最后提及的設(shè)計方案允許，例如橫向地接近試樣空間的內(nèi)部。尤其地，該表面可為圍繞試樣空間的縱軸線的旋轉(zhuǎn)體。那么，承載體為旋轉(zhuǎn)對稱的，并且因此可通過機械的材料加工簡單地且以高的精度制造承載體。緊接著，由于旋轉(zhuǎn)對稱的原因，可尤其簡單地機械地將激勵繞組卷繞到承載體上。在本發(fā)明的尤其有利的設(shè)計方案中，為了進(jìn)一步改進(jìn)場的均勻性，承載體的直徑沿著試樣空間的縱軸線的至少10%、優(yōu)選地至少20%且相當(dāng)尤其優(yōu)選地至少30%嚴(yán)格單調(diào)增加，并且承載體直徑沿著試樣空間的縱軸線的至少10%、優(yōu)選地至少20%且相當(dāng)尤其優(yōu)選地至少30%嚴(yán)格單調(diào)減小。在本發(fā)明的另一有利的設(shè)計方案中，用于產(chǎn)生磁場的器件(Mittel)包括至少一個可獨立地操控的修正繞組。只要激勵繞組卷繞在承載體上，該修正繞組尤其地布置在該承載體上。由此，在試樣空間中的磁場的均勻性進(jìn)一步提高。那么尤其地有利地，當(dāng)修正繞組用于均勻性的粗略修正而激勵繞組的造型用于微調(diào)時，修正繞組和激勵繞組的造型相互補充。如以上描述的那樣，修正繞組對磁場分布的作用敏感地與修正繞組的位置和電流強度相關(guān)。如果只應(yīng)用修正繞組，則這是不利的。但是，如果激勵繞組的造型作為調(diào)整螺栓供使用，則剛好可將該情況轉(zhuǎn)換(ummtozen)為有利的使用高的但難以控制的修正繞組的滲透率(Durchgriff)，以用于將在試樣空間中的磁場分布與完美的均勻性之間的大的偏差引入這樣的區(qū)域中，即，在該區(qū)域中可通過較弱地作用的但可更精確地控制的激勵繞組的造型的變化處理該偏差以用于繼續(xù)優(yōu)化。通過修正繞組的預(yù)修正不帶有這樣的風(fēng)險，即，通過修正繞組的輕微的誤定位使均勻性惡化而非改進(jìn)。根據(jù)應(yīng)用，用于修正繞組的定位的公差可相對于現(xiàn)有技術(shù)提高直至1000的因數(shù)。物理上通過以下方式引起激勵繞組和修正繞組的這種合作的優(yōu)點，即，引導(dǎo)給定的電流的區(qū)域?qū)υ谠嚇涌臻g中的給定的點處的磁場的貢獻(xiàn)始終與該區(qū)域和該點之間的間距相關(guān)，并且該間距可連續(xù)地變化。這恰恰發(fā)生在激勵繞組的根據(jù)本發(fā)明的造型中。在此， 與通過一個或僅僅少數(shù)的離散的修正繞組的電流變化相比，在激勵繞組中線圈直徑的局部的變化通常明顯更弱地起作用。有利地，激勵繞組具有至少兩層重疊地卷繞的線圈。由此，有利地，增加對于電磁的通量來說決定性的線圈(其可安置在給定的繞組長度上)總數(shù)量。在本發(fā)明的尤其有利的設(shè)計方案中，裝置具有這樣的供電部，即，其能夠為所有激勵繞組的整體供電。這引起，代替(an Stelle)多個用于附加的修正繞組的線路，僅僅必須將兩條電的線路引導(dǎo)到該裝置中。在多種應(yīng)用中(例如，在應(yīng)用在低溫恒溫器中的裝置時)，電的線路的最大數(shù)量受到限制。在給定的線路數(shù)量時，利用根據(jù)本發(fā)明的裝置實現(xiàn)比現(xiàn)有技術(shù)更好的在試樣空間中場的均勻性。例如，可使用唯一的激勵繞組，其連續(xù)地卷繞到在帶有根據(jù)本發(fā)明的造型的承載件上。在本發(fā)明的范圍中，也發(fā)展了一種用于優(yōu)化一個或多個預(yù)定的磁場的特性的方法，由在長形的試樣空間中的裝置產(chǎn)生該磁場。例如，磁場的預(yù)定的特性可為均與性，但是例如也可為方向分量的絕對的或相對的強度。該方法所基于的是，裝置包括至少一個連續(xù)地圍繞試樣空間卷繞的激勵繞組，并且預(yù)定一組自由的優(yōu)化參數(shù)，在試樣空間中的磁場與這些參數(shù)相關(guān)。此外，可預(yù)定附加條件。這些附加條件例如可為裝置的總尺寸、激勵繞組的尺寸和線路橫截面、力求的場強度、 力求的均勻性以及在其中期望該場強度和均勻性的區(qū)域(感興趣體積，V0I)的尺寸和形狀。根據(jù)本發(fā)明，首先從用于優(yōu)化參數(shù)的給定的值中獲得在試樣空間中的磁場分布。 緊接著，獲得性能函數(shù)(GUtefimktion)的值以用于獲得的磁場分布，該性能函數(shù)與待優(yōu)化的磁場的特性相關(guān)。在本發(fā)明的尤其有利的設(shè)計方案中，性能函數(shù)與在試樣空間中的磁場的均勻性的范數(shù)(Norm)相關(guān)。根據(jù)性能函數(shù)并且從用于優(yōu)化參數(shù)的給定的值中獲得優(yōu)化參數(shù)的新的值， 這些新的值可能滿足預(yù)定的附加條件。就此而言，“根據(jù)”表示，可評估在參數(shù)范圍 (Parameterraum)中的性能函數(shù)，以使得可通過其走向(Verlauf)得出結(jié)論。使用新獲得的優(yōu)化參數(shù)的值重復(fù)以上提及的步驟，直至達(dá)到預(yù)定的中斷條件。作為中斷條件的為，例如達(dá)到用于性能函數(shù)的值的預(yù)定的閾值，或達(dá)到重復(fù)(迭代)的以及該條件中的任意組合的預(yù)定的數(shù)量。之后，最終得到的優(yōu)化參數(shù)的值可用作用于制造裝置的規(guī)范。已認(rèn)識到，在執(zhí)行該方法時待優(yōu)化的特性(例如在尤其有利的設(shè)計方案中為磁場的均勻性)可在比執(zhí)行根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的優(yōu)化方法更大的試樣空間的部分體積中涉及 (eingehen)性能函數(shù)并且因此符合用于優(yōu)化參數(shù)的優(yōu)化的值的確定。由此也可如此優(yōu)化裝置，即，相對于待優(yōu)化的性能在相同的質(zhì)量時該裝置具有更小的結(jié)構(gòu)尺寸，或相對于待優(yōu)化的性能在相同的結(jié)構(gòu)尺寸時具有帶有給定的質(zhì)量的更大的可用的體積(感興趣體積， V0I)。根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的優(yōu)化方法基于圍繞在試樣空間中給定的點的局部的磁場的級數(shù)展開(Reihenentwicklimg)。通過將該級數(shù)展開的一定的階的誤差置為等于零并且在此產(chǎn)生的直流系統(tǒng)脫開，確定裝置的自由的參數(shù)(修正繞組的位置和電流)。通過以下方式限制試樣空間的部分體積(在其中利用該根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的方法可實現(xiàn)磁場的均勻性)，即，級數(shù)展開僅僅在圍繞給定的點的限制的部分體積中具有有效性，并且隨著該點的增加的間距快速地變得不精確。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)化方法不再依賴于(anweisen)在優(yōu)化參數(shù)和試樣空間中的磁場之間的關(guān)系的近似的解析的表達(dá)式。因此，優(yōu)化方法不再礙于這樣的問題，即，這種解析的表達(dá)式為僅僅在試樣空間的非常窄的部分體積中的有效的近似。原則上，為了從已有的優(yōu)化參數(shù)的值和性能函數(shù)的值中獲得優(yōu)化參數(shù)的新的值，可應(yīng)用每種數(shù)值的優(yōu)化方法。已證實為尤其有利的是，使用最速下降法 (Abstiegsverfahren)和在此尤其地使用梯度法。這種方法連續(xù)地在性能函數(shù)的負(fù)的梯度的方向上前進(jìn)(voranschreiten)并且得到用于優(yōu)化參數(shù)的這樣的值，即，在其中性能函數(shù)呈現(xiàn)至少一個局部的最小值。同樣也可使用附加的步長控制，例如“Armi jo步長搜索 (Armijo' s step size rule)，，。在本發(fā)明的尤其有利的設(shè)計方案中，如此選擇優(yōu)化參數(shù)，即，在至少一個激勵繞組的沿著試樣空間的縱軸線變化的線圈直徑方面進(jìn)行優(yōu)化。之后，在優(yōu)化結(jié)束時獲得的走向可例如用作范數(shù)型(Vorlage)，以用于機械地加工承載件，激勵繞組機械地卷繞在承載件上。有利地，通過樣條(Spline)逼近(approximieren)線圈直徑的走向或通過另一參數(shù)化的方式描述線圈直徑的走向。由此，通過離散的自由的優(yōu)化參數(shù)組表達(dá)尋求的優(yōu)化的函數(shù)走向，對于優(yōu)化算法可更容易地處理該組。由于與全局地說明的多項式相比逐段地定義樣條，樣條具有的優(yōu)點為，對于多個函數(shù)來說可實現(xiàn)明顯更好地逼近。因此，利用更高階的樣條也可范數(shù)仿(nactibilden)帶有僅僅少數(shù)的極值的復(fù)雜的函數(shù)。在通過更高的級 (Grade)的全局的插值多項式逼近復(fù)雜的函數(shù)時，逼近函數(shù)不期望地強烈振蕩。也可使用貝塞爾曲線(Bezier-Kurven)作為逼近函數(shù)。在本發(fā)明的尤其有利的設(shè)計方案中，選擇至少一個附加的修正繞組的位置和/或尺寸作為其它優(yōu)化參數(shù)。那么有利地，在試樣空間中的磁場的均勻性的優(yōu)化一方面分配到修正繞組的位置和/或尺寸上，并且另一方面分配到激勵繞組的造型上。例如，利用修正繞組可引起，可以激勵繞組的造型與螺線管形狀的更小的偏差得到預(yù)定的均勻性。由于在與螺線管形狀的偏差中期待附加的結(jié)構(gòu)體積，由此可改進(jìn)可利用給定的結(jié)構(gòu)體積得到的均勻性。在此，附加地得到這樣的協(xié)作的效果，即，造型的優(yōu)化減小了在試樣空間中的磁場
8相對于在修正繞組的位置和/或尺寸中的小的變化的敏感性。因此，一方面通過優(yōu)化算法該位置和尺寸的優(yōu)化自身在操作方面更為簡單；另一方面獲得的最優(yōu)值對在材料的實現(xiàn)中的不精確性為穩(wěn)定的。根據(jù)在其中僅僅應(yīng)用修正繞組的現(xiàn)有技術(shù)，最優(yōu)值為如此不穩(wěn)定的， 即，在機械的加工公差的范圍內(nèi)部分地不再可實現(xiàn)用于修正繞組的定位的精度要求。性能函數(shù)可為用于在試樣空間的部分體積中的磁場的均勻性的范數(shù)上的積分的量度(mass)，其中，范數(shù)可為相對的均勻性ΔΒ/Β或也可為在磁場的單位中的絕對的均勻性。例如，可通過以下方式近似該積分，即，性能函數(shù)包括在試樣空間中的離散的量的點上的磁場的局部的(相對的或絕對的)均勻性的例如加權(quán)的范數(shù)的總和。該離散的量的點例如可布置在網(wǎng)格(Gitternetz)中。例如，可選擇均勻性的歐幾里得范數(shù)或同樣最大范數(shù)作為范數(shù)。
該方法可尤其地用于制造根據(jù)本發(fā)明的裝置。可使用根據(jù)本發(fā)明的裝置以及這樣的裝置，S卩，根據(jù)本發(fā)明優(yōu)化了該裝置的磁場， 以用于在粒子加速器中連續(xù)地極化固態(tài)目標(biāo)。對于該應(yīng)用必須同時地滿足不同的且對于磁場設(shè)計來說矛盾的對磁場的強度和均勻性、磁體的尺寸以及供電部的盡可能少的數(shù)量的要求。同樣磁共振X線斷層攝影術(shù)可獲益于根據(jù)本發(fā)明的裝置以及這樣的裝置，即，根據(jù)本發(fā)明優(yōu)化了該裝置的磁場。


下面根據(jù)附圖進(jìn)一步解釋本發(fā)明的對象，而不由此限制本發(fā)明的對象。其中圖1顯示了穿過帶有單件式的承載件(部分圖a)和帶有兩件式的承載件(部分圖b)的根據(jù)本發(fā)明的裝置的實施形式的橫截面，圖2顯示了穿過根據(jù)本發(fā)明的裝置的另一實施形式的橫截面。
具體實施例方式圖Ia顯示了穿過根據(jù)本發(fā)明的裝置的實施形式的橫截面。包圍長形的試樣空間2 的承載件1相對于該試樣空間的縱軸線對稱，并且承載件1的直徑在該縱軸線的中央具有局部的最大值。由此，在激磁繞組(Feldspule)中線圈直徑沿著試樣空間的縱軸線的50% 嚴(yán)格單調(diào)地增加，并且其沿著試樣空間的縱軸線的50%嚴(yán)格單調(diào)地減小。在此未繪出激勵繞組的線圈，線圈連續(xù)地卷繞在承載件上。在承載件1上布置有校正繞組3a和北以用于預(yù)修正在試樣空間中的磁場。圖Ib顯示了穿過根據(jù)本發(fā)明的另一實施形式的橫截面。在此，承載件1由兩個部件Ia和Ib組成。在該部件Ia和Ib中的每一個上分別卷繞有激勵繞組。在部件Ia和Ib 之間存在空隙(孔)，即使在裝置的運行期間也可通過該空隙橫向地接近試樣空間2的內(nèi)部。在卷繞在部件Ia和Ib上的激勵繞組的總長度上，線圈直徑沿著試樣空間的縱軸線的幾乎一半嚴(yán)格單調(diào)地增加，并且其沿著試樣空間的縱軸線的幾乎一半嚴(yán)格單調(diào)地減小。兩個繞組以電的方式相繼地聯(lián)結(jié)。由此，裝置具有這樣的供電部，即，其能夠為所有激勵繞組的整體供電。圖2顯示了穿過根據(jù)本發(fā)明的裝置的另一實施形式的橫截面。除了局部的最大值外，包圍長形的試樣空間2的承載體1的直徑還具有兩個局部的最小值。修正繞組3a和北布置在承載件上的該最小量的附近。在試樣空間2中繪出了帶有最佳磁場均勻性的部分體積(Teilvolumen) 2a。尤其地，在磁共振檢查(Magnetresonanzuntersuchung)時，該部分體積可用作“感興趣體積”(VOI)。
權(quán)利要求
1.一種用于在長形的試樣空間中產(chǎn)生均勻的磁場的裝置，所述裝置包括至少一個激勵繞組以用于產(chǎn)生磁場，其特征在于，連續(xù)地圍繞所述試樣空間卷繞所述激勵繞組，并且至少在所述激勵繞組的部分區(qū)域中所述激勵繞組的線圈直徑沿著試樣空間的縱軸線連續(xù)地變化。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，在所述激勵繞組或在所有激勵繞組的整體中，所述線圈直徑沿著所述試樣空間的縱軸線的至少10%嚴(yán)格單調(diào)增加，以及沿著所述試樣空間的縱軸線的至少10%嚴(yán)格單調(diào)減小。
3.根據(jù)權(quán)利要求1至2中任一項所述的裝置，其特征在于，所述激勵繞組卷繞在空心的承載件上，所述承載件的表面為這樣的表面的一部分，即，所述表面相對于試樣空間的縱軸線對稱。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的裝置，其特征在于，用于產(chǎn)生磁場的器件包括至少一個可獨立操控的修正繞組。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項所述的裝置，其特征在于，所述激勵繞組具有線圈的至少兩個重疊地卷繞的層。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項所述的裝置，其特征在于，所述裝置具有供電部，所述供電部能夠為所有激勵繞組的整體供電。
7.一種用于優(yōu)化磁場的一個或多個預(yù)定的特性的方法，由裝置在長形的試樣空間中產(chǎn)生所述磁場，其中，所述裝置包括至少一個連續(xù)地圍繞所述試樣空間卷繞的激勵繞組，在預(yù)設(shè)一組優(yōu)化參數(shù)的情況下，其中，在所述試樣空間中的磁場與該優(yōu)化參數(shù)相關(guān)，以及可選地在預(yù)設(shè)一組附加條件的情況下，所述方法帶有以下步驟 從用于所述優(yōu)化參數(shù)的給定的值中獲得在試樣空間中的磁場分布；眷獲得與待優(yōu)化的一個或多個特性相關(guān)的性能函數(shù)的值以用于所述磁場分布； 從用于所述優(yōu)化參數(shù)的給定的值中并且根據(jù)所述性能函數(shù)獲得所述優(yōu)化參數(shù)的新的值，所述新的值可能滿足預(yù)定的附加條件；眷在使用所述優(yōu)化參數(shù)的新的值的情況下重復(fù)以上提及的步驟，直至達(dá)到預(yù)定的中斷條件。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述性能函數(shù)與在所述試樣空間中的磁場的均勻性的范數(shù)相關(guān)。
9.根據(jù)權(quán)利要求7至8中任一項所述的方法，其特征在于，選擇達(dá)到用于性能函數(shù)的值的預(yù)定的閾值作為中斷條件。
10.根據(jù)權(quán)利要求7至9中任一項所述的方法，其特征在于，選擇達(dá)到預(yù)定的迭代的數(shù)量作為中斷條件。
11.根據(jù)權(quán)利要求7至10中任一項所述的方法，其特征在于，如此選擇所述優(yōu)化參數(shù)， 即，在至少一個激勵繞組的沿著所述試樣空間的縱軸線變化的線圈直徑方面進(jìn)行優(yōu)化。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，通過樣條逼近所述線圈直徑的走向或通過參數(shù)化的方式描述所述線圈直徑的走向。
13.根據(jù)權(quán)利要求11至12中任一項所述的方法，其特征在于，選擇至少一個附加的修正繞組的位置和/或尺寸作為其它優(yōu)化參數(shù)。
14.根據(jù)權(quán)利要求7至13中任一項所述的方法，其特征在于，所述性能函數(shù)包括在所述試樣空間中的離散量的點上的磁場的局部的相對的均勻性的范數(shù)的總和。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，選擇所述均勻性的歐幾里得范數(shù)。
16.根據(jù)權(quán)利要求14至15中任一項所述的方法，其特征在于，選擇所述均勻性的最大范數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于產(chǎn)生均勻的磁場的裝置以及一種用于在試樣空間中的磁場的優(yōu)化方法，該方法提供了用于制造這種裝置的規(guī)范。該裝置包括至少一個激勵繞組以用于產(chǎn)生磁場，并且其特征在于，連續(xù)地圍繞試樣空間卷繞激勵繞組的線圈，并且至少在激勵繞組的部分區(qū)域中激勵繞組的線圈直徑沿著試樣空間的縱軸線連續(xù)地變化。在此，由激勵繞組的有限的長度引起的磁場的不均勻性的修正分布到整個激勵繞組上。由此，與利用根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)用于修正非均勻性而使用的修正繞組相比，可更簡單地且更精確地實現(xiàn)該裝置。代替至今為止的磁場的級數(shù)展開，用于優(yōu)化磁場的方法使用與基于優(yōu)化參數(shù)范數(shù)擬磁場相結(jié)合的性能函數(shù)。與級數(shù)展開相比，這可應(yīng)用在更大的體積中。
文檔編號G01R33/387GK102265172SQ200980150154
公開日2011年11月30日 申請日期2009年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月5日
發(fā)明者A·拉卡內(nèi)利, R·克勞澤 申請人:于利奇研究中心有限公司, 波恩萊茵弗里德里?！ね髮W(xué)