магнитная система томографа

Формула изобретения

МАГНИТНАЯ СИСТЕМА ТОМОГРАФА, включающая немагнитный каркас с закрепленными в нем катушками, набранными из плоских многовитковых секций, форма витков которых образована двумя сопрягающимися полуокружностями, отличающаяся тем, что, с целью улучшения качества изображения за счет повышения однородности магнитного поля, создаваемого магнитной системой, взаимное смещение точек, вокруг которых описаны сопрягающиеся полуокружности, составляют не менее толщины провода катушки в радиальном направлении, начала и концы плоских многовитковых секций, внутрисекционные переходы в катушках и межкатушечные соединения расположены в плоскости, проходящей через точки сопряжения полуокружностей и точки, вокруг которых описаны полуокружности, причем точки, вокруг которых описаны полуокружности, образующие нечетные витки, расположены на одной прямой, а точки, вокруг которых описаны полуокружности, образующие четные витки, - на другой, параллельной первой, и обе прямые перпендикулярны плоскости расположения секций катушек.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области технической физики, может быть использовано в приборах и при исследованиях, проводимых в однородном (равномерном) магнитном поле и, в частности, в томографах.

Известна четырехкатушечная обмотка [1] для создания магнитного поля в аппаратах, в которых для получения изображения используется ядерный магнитный резонанс. В этой обмотке каждая катушка состоит из плоских многовитковых секций, и в каждой секции форму межвитковых переходов и величину удлинения последнего витка необходимо подбирать, а внутрикатушечные соединения между каждой секцией выполнять параллельными оси обмотки, для достижения равномерности магнитного поля.

Витки секций имеют круглую форму с необходимым отклонением от формы окружности в зоне межвиткового перехода, вызывающим искажение магнитного поля, которое частично компенсируется подбором формы клина, подкладываемого при намотке под провод в месте перехода на второй виток. Поскольку только подбором формы клина невозможно достичь необходимой степени однородности магнитного поля, то в каждой секции последний виток удлиняют на величину, соответствующую выбранной форме клина. Но эти два мероприятия дают желаемый эффект только в сочетании с особым порядком чередования секций в каждой паре катушек.

Недостатком данного технического решения является индивидуальный подбор сочетания формы клина и удлинения последнего витка каждой секции. Отличие формы межвиткового перехода от круглой формы витка имеет следствием местное несимметричное искажение формы магнитного поля, увеличивающееся по мере увеличения витков в секции. Поскольку каждый межвитковый переход вносит искажение в магнитное поле, то удлинением одного последнего витка весьма неполно компенсируется возникшее искажение поля, и вынужденно проводятся дополнительные мероприятия: в пределах средних катушек секции располагаются с угловым смещением, чтобы рассредоточить по окружности межвитковые переходы, тем самым уменьшив их вклад в создание местного искажения поля. Но даже выполнение этих условий позволяет достичь заданного уровня однородности поля только в случае расположения катушек в определенном порядке.

Наиболее близким техническим решением к предложенному является газоанализатор, включающий систему регистрации, камеру с магнитной системой, выполненную в виде соосно расположенных катушек, каждая из которых состоит из плоских многовитковых секций, а для устранения искажающего воздействия на магнитное поле межвиткового перехода витки секций выполнены в виде двух сопряженных полуокружностей [2]

В этом устройстве нет четкого порядка чередования секций, оно не позволяет полностью использовать форму витка из двух сопряженных полуокружностей для повышения однородности магнитного поля, что отрицательно сказывается на качестве изображения, получаемого томографом.

Целью изобретения является улучшение качества изображения, получаемого томографом, за счет повышения уровня однородности магнитного поля.

Поставленная цель достигается тем, что в магнитной системе томографа, включающей немагнитный каркас с закрепленными в нем катушками, набранными из плоских многовитковых секций, форма витков которых образована двумя сопрягающимися полуокружностями, причем начала и концы плоских многовитковых секций, межсекционные переходы в катушках и межкатушечные соединения расположены в плоскости, проходящей через точки сопряжения полуокружностей и точки, вокруг которых описаны полуокружности, причем точки, вокруг которых описаны полуокружности, образующие нечетные полувитки, расположены на одной прямой, а точки, вокруг которых описаны полуокружности, образующие четные полувитки, на другой, параллельной первой, прямой, и обе прямые совпадают с плоскостью, проходящей через точки сопряжения полуокружностей и точки, вокруг которых описаны полуокружности, и перпендикулярны плоскостям расположения секций катушек.

На фиг. 1 дано схематическое изображение магнитной системы томографа; на фиг. 2 витки в форме двух сопряженных полуокружностей; на фиг. 3 схема попарной сборки секций; на фиг. 4 и 5 двухсекционная катушка, различные сечения; на фиг. 6 схема образования псевдокруглого витка; на фиг. 7 расположение секций в катушках и в магнитной системе.

Магнитная система томографа, создающая магнитное поле с заданным уровнем однородности, является основным элементом устройства, работа которого основана на ядерном магнитном резонансе.

Магнитная система томографа включает каркас 1, катушки 2, состоящие из плоских многовитковых секций 3. Каркас 1 и катушки 2 не имеют деталей, изготовленных из ферромагнитных материалов, которые вызывают местные искажения магнитного поля, не поддающиеся исправлению. Катушки расположены в каркасе так, что направления магнитных полей, создаваемых ими, совпадают. Расстояние между катушками определяется по предварительному расчету. Четное количество попарно одинаковых катушек располагается так, что катушки, составляющие каждую пару, установлены симметрично относительно плоскости симметрии А каркаса. Для точной установки катушек в каркасе в расчетном положении предусмотрены установочные винты 4, с помощью которых каждую катушку независимо от других можно переместить в любом направлении на некоторое расстояние и жестко закрепить.

Для получения поля с цилиндрической симметрией форма витка должна быть максимально приближена к форме окружности. В предложенной магнитной системе это выполняется в два этапа: на первом устраняются местные искажения путем увеличения межвиткового перехода до длины полувитка, на втором устраняются распределенные искажения приданием межвитковому переходу формы полуокружности и попарной сборкой секций.

Первый полувиток секции имеет радиус R₁ (фиг. 2), являющийся расчетной величиной. Форма второй половины витка представляет собой полуокружность радиуса R₂. Полуокружности радиусов R₁ и R₂ сопряжены. Радиус R₂ должен быть больше радиуса R₁ на половину толщины проводника /2 для обеспечения плотного прилегания проводников друг к другу во время намотки секции. Сопряжение двух полувитков радиусов R₁ и R₂ обеспечивается смещением начала О₂ радиуса R₂ относительно начала О₁ радиуса R₁ на величину /2. Конец витка, имеющего такое соотношение радиусов R₁ и R₂, приходится над его началом, и все последующие витки располагаются в одной плоскости и повторяют форму первого, отличаясь от него только величиной радиусов, увеличивающихся на толщину проводника с каждым витком. Радиусы R₁ и R₂ образуют соответственно нечетные и четные полувитки каждого витка.

Таким образом, получена плоская многовитковая однослойная секция, форма витков которой образована сопряженными полуокружностями, причем нечетные витки имеют радиус R₁, а четные R₂.

Для образования катушек необходимо, по крайней мере, две плоские однослойные многовитковые секции, наложенные одна на другую так, что направления намотки в них взаимно противоположны (фиг. 3), а точки O₁ и O₂, соответствующие каждой секции, находятся на двух параллельных прямых, перпендикулярных плоскости секции (фиг. 5). Такую, по крайней мере двухсекционную, катушку (фиг. 4) в качестве источника магнитного поля можно рассматривать как имеющую псевдокруглые витки (фиг. 6), составленные из двух полувитков a и a" одного радиуса R₁ и полувитков b и b" радиуса R₂. Несмотря на то, что полувитки одного радиуса находятся в параллельных плоскостях, расстояние между которыми не превосходит толщины проводника, их можно рассматривать как один целый виток при его удалении от рассматриваемой точки на расстояние, несоизмеримо большее по сравнению с толщиной проводника и определяемое уровнем однородности поля. Центры витков смещены на расстояние /2.

Для наиболее полного использования возможностей таким образом изготовленных двухсекционных катушек при сборке из них многосекционных катушек двухсекционные катушки накладываются одна на другую так, чтобы точки О₁ и О₂ всех уложенных секций принадлежали бы двум параллельным прямым, перпендикулярным плоскостям расположения секций (фиг. 7).

Магнитная система работает следующим образом. Электрический ток, проходя по виткам, создает магнитное поле. Магнитное поле, создаваемое составленной из многосекционных катушек магнитной системой, можно рассматривать как образованное двумя магнитными системами, катушки которых имеют круглые витки, а оси, параллельные друг другу, находятся на расстоянии /2 друг от друга.

Преимуществом данной магнитной системы является то, что межкатушечные соединения вносят наименьшие искажения в магнитное поле системы, поскольку их расположение параллельно линиям О₁ и О₂ не создает составляющих магнитного поля, направленных вдоль оси Z. Кроме того, положительный эффект заключается еще и в том, что каждый элемент магнитной системы: форма витков, конструкция секций, а также их расположение в катушках вносит наименьшее искажение в расчетное распределение магнитного поля.