用于确定磁共振装置的主磁铁的设计的方法制造方法及图纸

一种用于确定带有至少一个梯度线圈系统的磁共振装置的主磁铁的设计的方法，其中，在考虑由于梯度线圈在主磁铁的场中的通断过程而作用在至少一个梯度线圈系统上的并且可能导致梯度线圈系统振动的力（１９）的条件下，确定主磁铁的设计。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于确定带有至少一个梯度线圈系统的磁共振装置的 主磁铁的设计的方法。
技术介绍
在用于建立物体内部结构的图像拍摄的磁共振装置中，为主磁场叠加 梯度磁场系统以便对图像信息进行位置编码。为此，在用于生成磁场的梯 度线圈内在最短的时间内建立且再次去除高电流。通过梯度线圈在主it铁 的强磁场内的快速通断，梯度线圏的导体受到强的力。作用在磁场中的电荷上的洛仑兹力相加为大的净力。因此而作用在梯 度线圈上的力产生了梯度线圏系统的振动。该振动自身又可能导致噪声， 以及图像伪影和在由超导线圈形成的磁铁的结构或者致冷器内结构内的涡 流损失，其结果是蒸发了用于生成低温的氦。因此，在梯度线圈系统的设计中已尝试如果梯度线圏位于主磁铁磁场 内则对作用在此系统上的净力的最小化作为待考虑的附加的条件。该附加 的限制以及强制条件导致在对于梯度线圈系统决定性的以及使其可能的规 格上的折衷。例如，必须在线性度、上升时间、梯度幅值和散射场中给出 折衷。
技术实现思路
因此，本专利技术要解决的技术问题在于对此给出改进的方法。为了解决该技术问题，在根据本专利技术的前述类型的方法中建议，在确 定主磁铁的设计时考虑由于梯度线圈系统在主磁铁的场中的通断过程而作 用在至少 一个梯度线圈系统上的并可能导致梯度线圈系统振动的力。因此，为了进行设计(必要时另外地)考虑由于位于主磁铁的场中的 梯度线圈系统的通断过程而作用在梯度线圏系统上的力。这意味着，使用根据本专利技术的方法在磁共振装置的主磁铁的设计开始阶段即考'虑到在梯度线圈系统的通断过程中由于主磁铁的强磁场的存在而 作用在梯度线圈系统上的力。通过将主磁铁^1场内的梯度线圈系统的梯度 线圈的力和因其导致的振动包括在主磁铁设计中，可有效地最小化噪声以 及由于振动或震动所导致的图像伪影和涡流损失。因此，与当前情况不同，不再要求在规定梯度线圈时满足所描述的关 于作用力的折衷，而是在主磁铁的设计阶段已考虑到振动的产生，例如关 于由主磁铁磁场所激励的共振模式，使得可以总体上为带有主磁铁和梯度 线圈的磁共振装置的整个系统选择更有利的设计。因此，主动地处理了共 振模式以及由于通断过程而形成的作用在梯度线圈结构上的力。主磁铁的 设计，也就是说磁铁构造以及绕组包的布置因此被优化，使得作用在梯度 线圈系统上的力不过大。因此，可以更好地实现关于整个磁共振系统的希 望的规格。可以通过确定梯度线圈系统的或至少 一 个梯度线圏系统的振动模式来考虑作用在梯度线圈系统上的力。已知的磁共振装置具有在x、 y和z方向上的梯度线圈系统。为优化主磁铁设计，有意义的是考虑作用在所有这些 系统上的力。不过，必要时也可以提供对于特定的子系统的优化。通过对 于该梯度线圈系统或多个梯度线圏系统计算振动模式来考虑作用力。这通 过对于梯度线圈的机械系统求解可描述线圈的振动方程来进行。根据本专利技术，合适的是，将振动模式确定为至少一个梯度线圈系统的机械固有模式(Eigenmode)的线性组合。因此描述了 一个以及多个或全部 的梯度线圏系统的固有模式的多重的总和，以便表达振动模式。通过对于至少一个梯度线圈系统进行模式分析来确定固有模式并且必 要时确定其所属的本征频率。这意味着，对于机械系统求解如下形式的方 程组在该振动方程中，M是质量矩阵，K是刚度矩阵，且D是阻尼矩阵。偏移幅值通过u描述。所述的方程具有如下形式的解 = exp(,'欲).》(x)解中具有固有模式cj)(x)和本征频率to; x给出了位置，t给出了时间。 合适的是，在使用至少一种有限元方法的条件下进行模式分析。在有 限元方法中，将计算区域划分为大量的更小但有限的区域。对于这些区域限定起始函数，其中通过偏微分方程在考虑边界条件的情况下得到了等式 系统。从该等式系统最终得到希望的结果。在此，可以使用一个或多个数值有限元包进行模式分析。其中，可能地可以运用已存在的有限元方法包(FEM包)。对于这样的软件的一个例子 是商业上销售的软件ANSYS ( "Analysis System"的缩写)。在考虑作用力的范围内，合适的是，确定洛仑兹力的分布。由此得到 了特定的固有模式对于梯度线圈的振动运动的相关性。该分布是从梯度线 圈的设计以及在梯度线圈的导体位置上的主磁铁的磁场得出的。有利地使用参与因子(Patizipationsfaktor )确定洛仑兹力的分布。这些 由情况决定的参与因子给出了特定固有模式的偏移强度。优选地，通过基于至少一个梯度线圏系统的机械固有模式表示洛仑兹 力来确定参与因子，其中参与因子作为傅立叶系数得到。因此，将洛仑兹力基于所提及的固有模式cj)(x)表达，可以按照离散形 式作为向量描述所述的洛仑兹力，该向量描述了在每个单一的质量点上的 力。此系列的傅立叶系数即为洛仑兹力关于第i阶固有模式的参与因子Pi ， 即尸'=A .,， 其中，规一化因子设定为1。在横向线圈中，通过在纵向方向上带有奇数个振动腹的模式确定振动 语(Vibrationsspectmm )。在非对称线圈中必须考虑另外的振动模式。这意 味着，在这种情况下仅那些与所述的模式相关联的参与因子具有不消失的 值。洛仑兹力为 F = "B它是磁场B的线性函数，且参与因子Pi是磁场B的线性函数。根据本专利技术，将作用力和/或必要时的参与因子确定为并且考虑为主磁 铁的电流密度分布的线性函数。也就是说，可以利用的是，在梯度线圈系 统的导体上的磁场B是主磁铁内的电流密度分布的线性函数。这同样地适 用于参与因子，该参与因子在需要时被考虑以便用于确定或描述洛仑兹力。磁场B自身是电流密度分布J的函数。合适的是，在优化方法的范围内作为条件给出作用力和/或参与因子。函数F(J)和()),(J)因此作为用于磁铁优化的附加的(线性的)条件给出。因此，如已经说明的那样，参与因子Pi由固有模式cK和力得到 《=A F此外，可以在优化方法的范围内在考虑至少 一 个用于主磁铁设计的参 数的条件下来确定主磁铁的电流密度分布，特别是考虑均匀性和/或作为超 导体的能力和/或机械张力和/或刚体力。电流密度分布因此有利地被确定为 多目标优化方法的结果。因此，将多个设计参数(必要时所有前述的设计 参数或附加的设计参数)相互平衡以便获得对于主磁铁的最优设计。此外，特别地有利的是，在磁共振装置的至少一个梯度线圈系统的设 计中，考虑到由于在主磁铁的场内的梯度线圈系统的通断过程而作用在该 至少 一个梯度线圈系统上的力，并且必要时考虑到导致梯度线圏系统振动 的力。即，在这种情况下，不仅只将主磁铁设计为适用于最小化梯度线圈 系统或多个梯度线圈系统上的洛仑兹力，而且此外将梯度线圏为此例如关 于其导体位置进行优化。在这种情况下，可以同时地或并行地进行梯度线 圈系统设计和主磁铁设计，该设计构造为使得以梯度线圈系统的设计和主 磁铁设计的组合可最优地实现希望的规格。两个系统部件因此优化地组合。 因此，对于整个系统，通过相互考虑分别对梯度线圈系统和主磁铁提出的 要求而实现了最优的设计。通过在主磁铁设计时已考虑到梯度线圏上的力以及梯度线圏的振动， 可以有效地最小化由此导致的噪声、图像伪影和涡流损失。特别是在梯度 线圈系统自身的设计中附加地考虑到作用力时，实现了对磁铁和梯度线圈 的组合优化，由此可本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于确定带有至少一个梯度线圈系统的磁共振装置的主磁铁的设计的方法，其特征在于：在考虑由于梯度线圈在主磁铁的场中的通断过程而作用在至少一个梯度线圈系统上的并且可能导致梯度线圈系统振动的力（１９）的条件下，确定主磁铁的设计。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：彼得迪茨，格雷厄姆赫顿，安德烈亚斯克鲁格，阿克塞尔沃姆恩特，
申请(专利权)人：西门子公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]