(57)【要約】【課題】ハルバッハ構成での複数のリングを有するＭＲ装置の取付けを実質的により容易にして、製造コストを実質的にあまりかけないように、取付けによる磁場勾配を直接的手法で最小限にして、大幅により少ない機械的シムの自由度に対処させるハルバッハ配列を提案する。【解決手段】永久磁石システムを有する磁石装置（１）は、個々の磁石セグメント（３）から構成されると共に、円筒状対称的に配置され、ｚ方向及び／又は同心円状に互いに積層され、かつリング内の個々のセグメントの磁化方向がｚ方向に垂直なｘ−ｙ平面で平行に延在するように配置される少なくとも２つのリング状の磁石要素（２）を有する。磁石要素は、ｚ方向に互いに整列可能であり、ハルバッハ磁化を有する、磁石装置は、磁気共鳴装置への最終的な取付け前に、リング状の磁石要素が前もって固定的に製造され、各磁石セグメントは互いに変位しないように固定され、ｘ−ｙ平面で互いに変位可能に配置され、互いに回転可能及び／又は傾斜可能に取り付けられる。【選択図】図１ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気共鳴装置内の磁石装置（１）であって、測定容積（０）内でｚ軸に垂直な方向に均一な磁場を発生させるための永久磁石システムを有し、前記永久磁石システムは前記ｚ軸に対して円筒状対称的に配置され、かつ前記ｚ方向及び／又は同心円状に互いに積層された磁性材料で作製された少なくとも２つ、特に少なくとも３つのリング状の磁石要素（２）を備え、前記リング状の磁石要素（２）は個々の磁石セグメント（３）から構成され、前記各リング内の前記個々のセグメントの磁化方向が前記ｚ方向に垂直なｘ−ｙ平面で実質的に平行に延在するように配置され、前記リング状の各磁石要素（２）は、双極子磁場を発生するハルバッハ磁化を有し、前記リング状の磁石要素（２）は前記ｚ方向に互いに整列可能であり、
前記磁気共鳴装置への最終的な取付け前に、前記リング状の磁石要素（２）は前もって互いに固定的に製造され、前記各磁石セグメント（３）は互いに変位しないように固定され、
前記リング状の磁石要素（２）は前記ｘ−ｙ平面で互いに変位可能に配置され、
前記リング状の磁石要素（２）は互いに回転可能及び／又は傾斜可能に取り付けられる磁石装置。
【請求項２】
前記リング状の磁石要素（２）は、前記ｚ軸を中心に回転可能に取り付けられる請求項１に記載の磁石装置。
【請求項３】
前記リング状の磁石要素（２）は前記ｚ軸を中心に同心円状に配置され、また、前記半径方向外側リング状の磁石要素（５）は固定的に取り付けられると共に、前記半径方向内側リング状の磁石要素（４）は可動的に取り付けられ、又はその逆も同様に取り付けられる請求項１又は２に記載の磁石装置。
【請求項４】
前記リング状の磁石要素（２）は、前記ｚ軸を中心に同心円状に配置され、前記半径方向内側リング状の磁石要素（４）は、前記半径方向外側リング状の磁石要素（５）より高い抗磁力を有する請求項１〜３のいずれか１項に記載の磁石装置。
【請求項５】
前記リング状の磁石要素（２）は前記ｚ方向に互いに積層されて配置され、前記永久磁石システムは少なくとも３つのリング状の磁石要素（２）を備え、前記中央リング状の磁石要素（８）は全体として固定的に接着接合され、全体として上部リング及び下部リング状の磁石要素に対して横方向に変位可能である請求項１〜４のいずれか１項に記載の磁石装置。
【請求項６】
前記リング状の磁石要素（２）は前記ｚ方向に互いに積層されて配置され、前記中央リング状の磁石要素（８）は前記ｘ−ｙ平面でのみ可動であり、前記上部リング及び下部リング状の磁石要素は前記ｚ方向に変位可能かつ回転可能である請求項１〜５のいずれか１項に記載の磁石装置。
【請求項７】
前記磁場を均一化するための補正要素（１０）、例えば、より高い磁場順をシム調整するシム構造体、好ましくはシムチューブが設けられている請求項１〜６のいずれか１項に記載の磁石装置。
【請求項８】
前記リング状の磁石要素（２）は前記ｚ方向に互いに積層されて配置され、前記中央リング状の磁石要素（８）は２つの同心磁石リング（４、５）から構成され、前記磁場を均一化するために補正要素（１０）の挿入用の穴（７）が前記リング間に留まるように、好ましくは支柱（６）によって、互いに締結される請求項１〜７のいずれか１項に記載の磁石装置。
【請求項９】
前記リング状の磁石要素（２）は前記ｚ方向に互いに積層されて配置され、前記中央リング状の磁石要素（８）は前記ｘ−ｙ平面で浮遊して取り付けられ、収容デバイス（９）内の開口部（１２）を貫通すると共に、前記中央リング状の磁石要素（８）の前記Ｘ−Ｙ位置が調整され得る保持デバイス（１１）、特に摺動ブロックが設けられる請求項１〜８のいずれか１項に記載の磁石装置。
【請求項１０】
前記永久磁石システムは２つのカバーモジュール（１３）によって前記ｚ軸の方向で両側に境界付けられ、そのカバーモジュールの各々はリング状の磁石要素と、前記リング状の磁石要素（２）が収容デバイス（９）上で回転可能であり、前記ｚ方向に変位可能であり、かつ前記収容デバイス（９）に締結可能であるカバー部品（１４）とを備える請求項１〜９のいずれか１項に記載の磁石装置。
【請求項１１】
前記カバーモジュール（１３）が前記ｘ−ｙ平面内で傾斜可能であり、かつ／又は前記収容デバイス（９）に対して前記ｚ軸を中心に回転可能である位置決め手段（１６）、特に調整ねじが設けられる請求項１０に記載の磁石装置。
【請求項１２】
請求項１０又は１１に記載の磁石装置（１）を製造するための方法であって、
（ａ）前記予め磁化された磁石セグメント（３）を接着接合して、磁石リング（２）を、好ましくは保持リング（１７）内に形成するステップと、
（ｂ）磁石リング（２）を、少なくとも２つの開口部（１２）を有する中央リング状の収容デバイス（９）に導入することによって中央磁石リングモジュール（１５）を製造し、前記磁石リング（２）が前記収容デバイス（９）内に浮遊式に取り付けられるように、前記収容デバイス（９）内の前記開口部（１２）を介して前記磁石リング（２）に取り付けられる保持デバイス（１１）によって前記磁石リング（２）を締結するステップと、
（ｃ）ガイド装置（１８）を前記中央磁石リングモジュール（１５）及び前記カバーモジュール（１３）に嵌合し、前記磁石の反発力に対して前記磁石リング（２）を共に接合するステップと、
（ｄ）前記カバー部品（１４）を前記収容デバイス（９）に固定するステップと、
（ｅ）磁場均一性を反復的に測定し、位置決め手段（１６）を用いて互いに前記磁石リング（２）の位置を調整するステップと、
（ｆ）前記ガイド装置（１８）を取り外すステップと、
を含む方法。
【請求項１３】
ステップ（ｅ）における前記磁場均一性の調整前に、代替手段として、外側ブリッジ（２０）が前記収容デバイス（９）に嵌合され、次いで、前記カバーモジュール（１３）が、前記収容デバイス（９）から分離され、その結果、前記カバーモジュール（１３）は前記中央磁石リングモジュール（１５）に対して変位可能かつ回転可能に取り付けられる請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
ステップ（ｅ）における前記磁場均一性の調整後、スペーサは、前記磁石リング（２）間に間隙が残るような場所に導入される請求項１２又は１３に記載の方法。
【請求項１５】
請求項１〜１１のいずれか１項に記載の磁石装置（１）の前記磁場を均一化するための方法であって、
前記磁石リング（２）を剛性モジュール（１３，１５）全体として調整するステップと、
前記リング（２）の横方向の変位、前記ｚ軸に対する傾斜、及び／又は前記ｚ軸を中心とした回転によって前記測定容積（０）内の前記磁場の前記均一性を向上させるステップと、
を含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気共鳴装置内の磁石装置であって、測定容積内でｚ軸に垂直な方向に均一な磁場を発生させるための永久磁石システムを有し、永久磁石システムはｚ軸に対して円筒状対称的に配置され、かつｚ方向及び／又は同心円状に互いに積層された磁性材料で作製された少なくとも２つ、特に少なくとも３つのリング状の磁石要素を備え、リング状の磁石要素は個々の磁石セグメントから構成され、それぞれのリング内の個々のセグメントの磁化方向がｚ方向に垂直なｘ−ｙ平面で実質的に平行に延在するように配置され、リング状の各磁石要素は、双極子磁場を発生するハルバッハ磁化を有し、リング状の磁石要素はｚ方向に互いに整列可能である磁石装置に関する。
【０００２】
このような磁石装置は、特許文献１（欧州特許第２１４４０７６号明細書）により知られている。
【背景技術】
【０００３】
本発明は、一般に磁気共鳴の分野に関し、特に、ＮＭＲ測定のための均一な磁場を発生させるように意図される、その分野に適した永久磁石システムを提供することに関する。しかし、本発明の用途は、この分野に限定されない。
【０００４】
核磁気共鳴（ＮＭＲ）分光法及び撮像用途（ＭＲＩ）の分野において、時間の関数として一定である非常に均一な磁場は、定義すべき試料容積に必要であり、これは抵抗コイル若しくは超電導コイル、又は好適な永久磁石装置で発生させることができる。永久磁石の使用は、２Ｔ未満の磁束密度が十分であり、かつ比較的小型構造が所望されるときに好ましい。
【０００５】
磁束及び試料容積を最大限にし、ひいては同時に漂遊磁束を最小限にするために、磁束は集中されなければならない。この場合、磁気帰還経路が軟磁性材料のヨークによって生成される磁気回路、又はヨークなしで行わせる磁気回路の区別がある。後者は、通常、帰還磁束が磁化方向の徐変によって簡略化される、いわゆるハルバッハ磁石の変形例である。実際には、ハルバッハ配列は、一般に磁化方向の段階的変化によって達成される。理想的なハルバッハ磁化、及び特にまた有限長のハルバッハ配列でなければ、磁石装置自体の外側の漂遊磁場が増加し、漂遊磁場を含まない用途に必要な追加の遮蔽を行う。ヨーク系磁石の場合、巧妙なヨーク設計、及び飽和磁束密度よりはるかに低いヨーク材の使用によって漂遊磁場の十分な遮蔽が達成され得る。
【０００６】
試料容積内に必要な磁場均一性を達成するために、記載したハルバッハ実施の形態では、機械的構造を複雑にする磁石材料の公差又は個々の磁石ユニットの位置を補償することができるために、補正機構を提供することが一般に必要である。
【０００７】
課題の１つは、次に、主要な摂動磁場順を決定すること、及び対応する調整機構との因果関係を確立することからなる。
【０００８】
必然的に、磁石の空間的配置のあらゆる変化がすべての磁場順に影響を与えることは事実である。それに対応して、すべての磁石セグメントが調整可能である配置は、膨大な数の自由度を有する「多次元」最適化問題が生起する。これは、特定の「シム目標」の「結果ベクトル」が非常に長く、これらの調整要素の大多数に補正を行うことが本質的に必要であることを意味する。この平衡工程は非常に時間がかかるだけでなく、このような手順が実際に、これまで絶対最適に収束することが先験的に確定的でもない。
【０００９】
補正が、より高い優先度、主に「帯状」期間及び線形勾配を有する順序がある。それ故に、優先度順で、好ましくは互いに無関係に接続され得る幾何学的変化を見出すことが必要である。これらの変化は、磁力に反して働くことが一般に必要であり、非常に複雑な運動手順の調整精度に通常悩まされ、又はその技術的業績が途方もなく高額になることにより、実装するのに可能な限り技術的に簡便であるべきである。線形運動及び回転は、管理可能な費用で通常行うことができる。
【００１０】
永久磁石は、支持構造体によって一般に保持され、これにより、磁気帰還経路の機能を更に満たすことができる。従来の設計は、２つの中央磁石モジュールが互いに相対し、それらの間に試料容積が位置する、矩形枠（窓枠、Ｈヨーク、Ｃヨーク）の形態でのヨークを有する。それらの開放レイアウトにより、これらのヨーク設計もまた、磁石装置の外輪郭をはるかに超えて延在する漂遊磁場に通常悩まされる。
【００１１】
ＮＭＲ測定に必要な試料容積内で磁場均一性を達成するために、ヨークを含まないハルバッハ磁石の場合、磁石材料の公差又は個々の磁石ユニットの位置を補償することができるために補正機構を提供することが必要であり、これにより、機械的構造が複雑になる。ヨーク系の磁石は一般に、材料に応じて高飽和磁束密度を有する軟磁性材料からなる平行な磁極片の対を有する。磁極片形状及び特別な表面処理の好適な選択によって、磁場プロファイルは、比較的簡便かつ効率的な手法で最適化することができる。
【００１２】
特定の従来技術
特許文献２（米国特許第８，０７７，００２号明細書）は、ＭＲＩ用途の永久磁石装置を開示している。これは、一対の硬質の円盤状の磁石を備えており、この磁石は平行状に対称面として空隙の境界を定め、各々がオフセットした（突出した）リング磁石を有し、その結果、Ｌ字型の磁石が形成される。磁極片は、空隙内の磁場の平行な位置合わせのために空隙の両側に配置される。いわゆるＬ字型磁石装置は、Ｔヨークによって保持される。この磁石装置が開放構造であるため、このＴヨークは、設計される手法により必要である。記載したＴヨーク部は、磁気帰還経路として追加の支柱によって接続される。
【００１３】
特許文献３（米国特許第７，０８４，６３３号明細書）は、永久磁石を用いてＭＲＴ計器のための磁石装置を開示している。永久磁石は、測定容積が位置する中間空間に、一対の中央永久磁石がそれぞれ、磁極片に接続されるように配置される。２つの磁石の磁化は、同じ方向に配向し、その結果、磁束は測定容積によって規定方向に流れる。永久磁石の更なるセグメントは、前記磁石の周囲に円形に配置され、磁石の磁化方向は半径方向外側又は半径方向内側に方向付けられ、その結果、測定容積内の磁場が強化される。強磁性材料からなるプレートが、磁場の帰還のためのヨークとして配置される。設計理由により、かつ隅部セグメントの磁束を誘導するために、支持ヨークがそれぞれの隅部に必要である。
【００１４】
特許文献４（米国特許出願公開第２０１２／００１３３３８号明細書）は、異なる磁化方向での少なくとも２つのリングからなる磁気共鳴装置の磁石装置を開示している。一実施の形態では、２つの半径方向に磁化されたリングによって両側に配置される、中央ハルバッハリング（その明細書中の図１３参照）が配置される。既知の装置の目的は、磁化方向に調整可能であり、かつ０°から９０°に、特に５４．７°のマジック角の前後にも変化することができる磁場を得ることである。磁石セグメントは同様に、配向性であるように意図され、その結果、最大限に均一な磁場が測定容積内に形成される。しかし、これによる不利益は複雑な構造であり、これは実際に製造するのが難しい。
【００１５】
特許文献５（欧州特許出願公開第１８７６４６２号明細書）は、少なくとも２つの磁石リングの積層体を開示しており、これらのリングは試料空間の周囲に配置され、互いに回転可能に取り付けられる。個々のリングは、ハルバッハ形状を有することが好ましい。リングの回転によって、ＥＳＲ技術に使用されるなど、磁場掃引を達成することが可能である。この配置の焦点は、動作中に磁場の呼び強度を変化させることができるが、均一性を向上させることではない。この目的のために、リングの横方向変位が不可欠であり、軸方向回転可能性が提供されるが、この場合には二次的重要性だけである。特許文献５では、同心配置が規定される。定義によれば、中点が同一であるときに同心度があるが、これは共通軸に沿って配置されるリングには当てはまらない。特許文献５に記載の磁石群は、ｚ軸に沿っても、それに対して横方向にも変位可能ではない。特許請求される唯一の自由度は、相互回転可能性に限定される。これは、正確には磁石群が同軸に配置され、すなわち、それらが同じ回転軸を有するため、既知の配置において可能である。
【００１６】
特許文献６（米国特許第４，３５５，２３６号明細書）及び特許文献７（米国特許第４，８６２，１２８号明細書）もまた、複数のリングの積層体としてハルバッハ構成での永久磁石リング（四重極）を開示しており、これらのリングは測定容積内の磁束が変化し得るように、互いに回転可能に取り付けられる。しかし、リングは、ｘ−ｙ平面で偏心して互いに変位可能ではなく、ｚ方向に離間することもできない。
【００１７】
特許文献６は、多極磁石を説明しており、特に四重極にだけに言及し、それは荷電粒子ビームのための集束要素としての用途であるためである。これは、四重極が粒子加速器内に最良の集束要素を構成するためである（ＦＯＤＯ構造も参照）。
【００１８】
この目的のために、個々の磁気リングは、必要に応じて磁場を打ち消すこともできるために回転可能でなければならず、４５°にまで至る回転可能性が結果的に必要である。さらに、合焦される粒子ビーム、特に電子ビームは、従来のＭＲ測定容積と比較して非常に小さい。したがって、特許文献６による配置の均一性の要件もまた、ＭＲ双極子の場合とほぼ同じ厳しい要求ではない。特許文献６に記載の磁石群は、ｚ軸に沿っても、それに対して横方向にも変位可能ではない。したがって、特許文献６は、特にＮＭＲ又はＥＰＲに考えられる用途が特許文献６に全く述べられていないことにより、冒頭で定義された一般的配置に関してむしろ可能性がありそうでないと見なされている。
【００１９】
特許文献７の本発明に関連した開示内容は、上述の特許文献６のものと非常に類似している。しかし、特許文献７は、特定の応用分野を定義しないが、単に「均一な磁場の発生」を定義している。ここでの磁石群もまた、ｚ軸に沿っても、それに対して横方向にも変位可能ではない。論点は、線形アレイであるが、均一性を生み出し、又は向上させるための変位性ではない。
【００２０】
冒頭で述べた特許文献１は、３つのリングからなるハルバッハ構造を開示しており、中心磁石リングが２つのヘッドリングによって配置される。これらのリングは、その明細書内の段落［００２１］〜［００２５］、及び［００４０］、並びに図７によって明らかにされるように、磁場均一化のためにねじ又はねじ付きナットによって長手方向に相互に変位可能である。特許文献１は、リングが交互に台形かつ矩形である個々のセグメントからなることを更に開示しており、個々のセグメントは磁場均一化のために半径方向に変位可能である。この磁石は、特許文献１によって構築され、６４個の機械的自由度を有する。これらを調整することは、いずれにしてもかなり難しい。さらに、特許文献１による配置は、固定的に予め取り付けられたハルバッハリングからならず、台形の個々の構成部品から製造される。リングもまた、横方向に互いに、又は回転運動によって変位可能ではない。したがって、不利益は、構造及び取付が非常に複雑かつ費用がかかることである。この配置は、機械的構造により、全容積が使用され得ないため、１．９Ｔの磁場強度でも達成しそうにない。特許文献１はいずれにしても、単に０．７Ｔの最大磁場強度だけを開示していることが明らかである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２１】
【特許文献１】欧州特許第２１４４０７６号明細書
【特許文献２】米国特許第８，０７７，００２号明細書
【特許文献３】米国特許第７，０８４，６３３号明細書
【特許文献４】米国特許出願公開第２０１２／００１３３３８号明細書
【特許文献５】欧州特許出願公開第１８７６４６２号明細書
【特許文献６】米国特許第４，３５５，２３６号明細書
【特許文献７】米国特許第４，８６２，１２８号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２２】
一方、本発明の目的は、簡便な技術的手段によって、容積を増加させることなく、ＭＲ装置のために冒頭で定義した型の永久磁石装置を提供することにあり、この永久磁石装置はハルバッハ構成で複数のリングを備え、それ故に取り付けることが実質的により容易であり、それ故に製造することが実質的により経済的である。同時に、取り付けによる磁場勾配は、最小限にすることが可能であるように意図される。したがって、大幅により少ない機械的シムの自由度に対処させるハルバッハ配列が提案されるように意図される。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
この目的は、磁気共鳴装置への最終的取付け前に、リング状の磁石要素が前もって互いに固定的に製造され、各磁石セグメントが互いに変位しないように固定され、リング状の磁石要素がｘ−ｙ平面で互いに変位可能に配置され、かつリング状の磁石要素が互いに回転可能及び／又は傾動可能に取り付けられる点において驚くほど簡便かつ効果的な手法で本発明によって達成される。
【００２４】
本発明は、リングから構築され、固定的に接着接合される、ハルバッハ磁石の磁石装置を提供する。生じた製造公差、又はそれから生じる不均一性は、互いに個々のリングの移動によって最小限にされる。
【００２５】
提案した磁石装置は、ヨークを有せず、少なくとも２つのリング状のセグメント化された磁石モジュールからなり、この磁化はハルバッハ計画に近似する。リングモジュールは、特定の手法で互いに調整可能である。個々のセグメントではなく、リングモジュールが全体として調整されることにより、考えられる自由度の数は１つのリングにつき最大３つまで減少される。均一化工程がこれらの少数自由度によって簡略化されることが不可欠である。
【００２６】
したがって、本発明に係るこの解決法は、永久磁石セグメントを組み合わせて、リングモジュールを形成することを目的とする。互いにリングを位置決めすることは、簡便な移動処理によって優先付けされた磁場順を補正することができるのに必要な自由度を有する。
【００２７】
それ故に、本発明では、中央リングは、全体として固定的に接着接合され、全体として上部リング及び下部リングに対して横方向に変位可能である。それ故に、変位されるが代わりに中央リング（２自由度）全体である個々のセグメントではない。加えて、上部リング及び下部リングの高さ変位及び回転（それぞれ２自由度）という、より一層の機械的自由度が組み込まれる。それ故に、この場合には６機械的自由度のみがある。これらは、線形勾配をシム調整するのに主に使用される。加えて、シムチューブ（出願人の既知のＭＲＩ磁石と類似の手法で）は、より高い磁場順をシム調整するために提供される。
【００２８】
バックグラウンドは、ハルバッハ状の磁化に基づいた「鉄を含まない磁石である。既に様々な公開されたハルバッハのような実施の形態があり、これらの構造は通常、多くの個々に調整可能な磁石セグメントと接続され、これは比較的複雑な均一化工程を伴う。非常に多くの自由度が可能である。
【００２９】
本発明に係る手法は、全体を複数のリングモジュール、すなわち、少なくとも２つのセグメント化されたハルバッハリングに低減するが、これらは軸方向かつ横方向にわずかに変位可能に取り付けられ、更に小角によって互いに回転することができる。
【００３０】
様々な実施の形態が可能であり、中でも、本発明では、異なる内半径及び外半径並びにン厚さを有する３つのリングが現在使用される。リングモジュールは、自然に空間内に自由に「浮遊」しないが、位置を固定するための保持構造及び要素を有するが、これらは本明細書では詳細に記載されない。本発明に係るこの概念では、いまだ存在していない手頃な費用で均一化され得る装置が得られる。独立したリングモジュールを有する構造もまた、取り付けのための利点を提供する。
【００３１】
磁気部品は、望ましくない運動に対して本発明に係る構造によって更に守られる。幾何学的形状により、隣接する部品は、取付状態で望ましくない運動を防ぐ。磁石モジュールの嵌合配置により、システムの固有の安定性が得られる。
【００３２】
回転対称構造は、円筒形状により、測定モジュールの形状に最適に合致し、その結果、材料の使用は矩形配置と比較してより短い平均磁気回路長により、実質的により効率的である。
【００３３】
従来技術に勝る本発明の重要な利点
通常の多くの自由度を最小限に低減した上で、それにもかかわらず有効な機械的シム調整を可能にする。
【００３４】
移動磁石、分流器などの更に複雑な調整機構を用いることなく個々のリングモジュールの機械的組立てを可能にする。
【００３５】
回転対称とは、シャーシ部品がそれ故に、簡便な回動機械上で製造することができることである。さらに、回動プラットホーム上での便利な順次取付けが可能となる。
【００３６】
安定性とは、磁石モジュール及びヨーク部の嵌合配置による固有の安定性のことである。組立状態では、すべての磁石が相対運動に対して固定される。
【００３７】
本発明の好ましい実施態様及び改良態様
リング状の磁石要素がｚ軸を中心に回転可能に取り付けられる、本発明に係る磁石装置の実施態様が特に好ましい。リングの形状に組み立てられたセグメントの製造関連の変化は、リング全体の磁気軸の角度ずれを引き起こし得る。記載した実施態様によって、この角度ずれは、対向感知で対応する角度を調整することによって補正することができる。
【００３８】
更に有利な実施態様は、リング状の磁石要素がｚ軸を中心に同心円状に配置され、半径方向外側リング状の磁石要素が固定的に取り付けられ、かつ半径方向内側リング状の磁石要素が可動的に取り付けられることを特徴とする。磁石を均一化するために、中でも、ｚ軸に横断する線形磁場勾配は最小限にされなければならない。中央磁石リングの可動取付により、上記すべての線形勾配に影響を与える可能性がある。磁石塊の一部のみが移動することができるため、達成可能な調整範囲のより細かい分解能が得られる。さらに、固定部は、可動部に必要な軸受及び案内面を提供し、端部位置を固定するのに必要な引抜又は押圧機構を有する。
【００３９】
更に有利な実施態様によれば、リング状の磁石要素は、ｚ軸を中心に同心円状に配置され、半径方向内側リング状の磁石要素は、半径方向外側リング状の磁石要素より高い抗磁力を有する。磁石装置に含まれるセグメント内の磁場強度によれば、不可逆的消磁効果が使用される磁石材料の抗磁力によって生じる場合があり、これにより、装置を使用不能にする。これは、それに応じて高い抗磁力を有する材料を用いることによって予防することができる。高保磁力を有する材料が一般により低い残留磁気を有することにより、高抗磁力材料（より小さい半径に向かう）との高残留磁気材料（より大きい半径に向かう）の組み合わせは材料の総使用との関連で最も有効である。
【００４０】
好ましい一実施態様は、リング状の磁石要素がｚ方向に互いに積層されて配置され、永久磁石システムが少なくとも３つのリング状の磁石要素を備え、中央リング状の磁石要素が全体として固定的に接着接合され、かつ全体として上部リング及び下部リング状の磁石要素に対して横方向に変位可能であることを特徴とする。この配置は、自己完結型モジュールとして個々のリングモジュール（任意に異なる材料からなる）を取り付けることを可能にし、均一化に必要な最小の機械的自由度を提供する。
【００４１】
リング状の磁石要素がｚ方向に互いに積層されて配置され、中央リング状の磁石要素がｘ−ｙ平面でのみ可動であり、かつ上部リング及び下部リング状の磁石要素がｚ方向に変位可能で回転可能である実施態様もまた有利である。この組み合わせでは、均一化に必要な変位経路は、最小限の機械的自由度で達成される。それにより影響された磁場順は、この場合には互いに実質的に分離され、これは均一化工程を大幅に簡略化する。例えば、ほぼ線形磁場勾配のみが中央リングモジュールの横方向のオフセットに影響される、上記を参照されたい。
【００４２】
本発明に係る磁石装置の更に有利な実施態様は、リング状の磁石要素がｚ方向に互いに積層されて配置され、かつ中央リング状の磁石要素が２つの同心磁石リングから構成され、補正要素又はシム構造体の挿入用の穴がリング間にとどまるように、好ましくは支柱によって、互いに締結される点において区別される。記載された機械的自由度とは別に、これらの穴は、例えば追加の磁石材料を導入することによって、より複雑な補正を行う可能性を更に提供する。これらのシム構造体の構成によれば、非常に精細に分解された変位経路は達成することができる。
【００４３】
リング状の磁石要素がｚ方向に互いに積層されて配置され、中央リング状の磁石要素がｘ−ｙ平面で浮遊して取り付けられ、収容デバイス内の開口部を貫通し、中央リング状の磁石要素のＸ−Ｙ位置が調整され得る、保持デバイス、特に摺動ブロックが提供される、実施態様が特に好ましい。リングモジュールの同心配置は、内部にあるモジュールがもはや外部からアクセス可能ではないことを意味する。摺動ブロック及び／又は更なる接続要素によるものだけが、外周への壁開口部を通して移動された中央リングモジュールの位置調整のためのアクセスポイントであり、それ故に調整性が可能となる。
【００４４】
磁場を均一化するためのデバイス、好ましくはより高い磁場順をシム調整するシムチューブが設けられる本発明の一実施態様が特に好ましい。上述の機構は、このように均一化のための更により一層精密な計器によって補完される。したがって、より一層精細に分解する補正が可能である。
【００４５】
本発明に係る磁石装置の特に好ましい実施態様の１つの分類は、永久磁石システムが２つのカバーモジュールによってｚ軸の方向で両側に境界付けられ、このモジュールの各々が、リング状の磁石要素と、リング状の磁石要素が収容デバイス上で回転可能であり、ｚ方向に変位可能であり、かつ収容デバイスに締結可能であるカバー部品とを備える点で区別される。磁石材料の構成は、ねじ山などの締結要素を受容するのに適さない。磁石セグメントに確実な保持を提供し、かつ機械的保維持及び調整装置の締結のための表面を提供するために、部分的取付は、記載したカバーモジュール内で行われ、回転可能に取り付けられたモジュールを回転及び固定するための装置を更に受容し、ｚ軸に沿った間隔調整のための圧力／筋かい要素を含む。
【００４６】
実施態様のこの分類の有利な改良形態は、カバーモジュールがｘ−ｙ平面から傾動可能であり、かつ／又は収容デバイスに対してｚ軸を中心に回転可能である、位置決め手段、特に調整ねじが提供されることを特徴とする。位置決め手段の非対称調整によって、リングモジュールのわずかな傾き／傾動は、順にモジュール自体の非対称性を補償するために調整することができる。
【００４７】
本発明の範囲はまた、上述した実施態様又はその改良形態による磁石装置を製造するための方法であって、
（ａ）予め磁化された磁石セグメントを接着接合して、磁石リングを、好ましくは保持リング内に形成するステップと、
（ｂ）磁石リングを、少なくとも２つの開口部を有する中央リング状の収容デバイスに導入することによって中央磁石リングモジュールを製造し、磁石リングが収容デバイス内に浮遊式に取り付けられるように、収容デバイス内の開口部を介して磁石リングに取り付けられる保持デバイスによって磁石リングを締結するステップと、
（ｃ）ガイド装置を中央磁石リングモジュール及びカバーモジュールに嵌合し、磁石の反発力に対して磁石リングを共に接合するステップと、
（ｄ）カバー部品を収容デバイスに固定するステップと、
（ｅ）磁場均一性を反復的に測定し、位置決め手段を用いて互いに磁石リングの位置を調整するステップと、
（ｆ）ガイド装置を取り外すステップと、
を含む、方法を含む。
【００４８】
既に磁化された永久磁石を取り付ける場合、数トンのオーダーの引力及び反発力が生じる。これらの力は、磁石要素を意図した位置に確実に持っていくために嵌合時に補強又は吸収されなければならない。これは、本明細書に記載した取付方法で特に容易に可能である。
【００４９】
互いに対向する貫通孔は、磁石リングがハウジング内でより可動であるように使用されることが好ましい。しかし、互いに対向しない３つの開口部も適している。
【００５０】
ステップ（ｃ）におけるガイド装置は、横移動を防ぐために使用される。例えば、これは、１つ以上のレール又はバーによって達成することができる。しかし、定義によれば、レールには、本発明の代替的構成では必要に応じて中央リングを端部位置に回転させるための更なる自由度がない。
【００５１】
モジュールは、１つのモジュールがガイド装置に固定的に接続され、他の２つのモジュールが摺動ブッシュを備えるようにガイド装置に嵌合されることが好ましい。引抜又は押圧デバイスによって、外側モジュールはｚ軸に沿って互いに向かって移動し、中央モジュールはそのモジュール間にあり、ｚ軸に沿って可動のままである。この配置の対称性、及びその結果としての反発力の対称性により、中央モジュールは常に、２つの外側モジュールから同じ距離で位置決めされる。これにより、端部位置に達するまで均一な接合工程及び対称的な隙間寸法が可能となる。磁石リングは、例えば、スピンドルを用いてともに接合することができる。
【００５２】
ステップ（ｅ）における磁場均一性の反復的測定及びｘ−ｙ平面での中央リングの位置の調整は、同様に２つのカバーモジュールの分離の調整、及びカバーモジュールの回転による磁場の均一化を張力及び圧力ねじ又は圧力ばねによって行うことができる。
【００５３】
本発明に係る方法の有利な一変形態様では、ステップ（ｅ）における磁場均一性の調整前に、代替手段として、外側ブリッジが収容デバイスに嵌合される。その後、カバーモジュールは、収容デバイスから分離され、その結果、カバーモジュールは中央磁石リングモジュールに対して変位可能かつ回転可能に取り付けられる。
【００５４】
好ましい別の方法の変形態様によれば、ステップ（ｅ）における磁場均一性の調整後、スペーサは、磁石リング間に間隙が残るように意図される場所に導入される。
【００５５】
最後に、本発明の範囲はまた、上述の磁石装置の磁場を均一化するための方法であって、
磁石リングを剛性モジュール全体として調整するステップと、
リングの横方向の変位、ｚ軸に対する傾斜、及び／又はｚ軸を中心とした回転によって測定容積内の磁場の均一性を向上させるステップと、
を含む、方法を含む。
【００５６】
本発明の他の利点は、本明細書及び図面に見出すことができる。同様に、上述の特徴及び以下に言及する特徴は、いずれの場合にも独立的に本発明によって使用することができ、又はそれらのいくつかは任意の所望の組み合わせで使用することができる。図示及び説明した実施の形態は、包括的な一覧として解釈されるべきではなく、むしろ本発明の説明の例示的特質を有する。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１ａ】本発明に係る磁石装置の一実施の形態の概略的三次元分解図である。
【図１ｂ】図１ａの分解図の半断面図である。
【図２】本発明に係る磁石装置の更なる実施の形態、及び取付けに必要なガイド装置の一実施の形態の概略的な三次元全体図である。
【図３ａ】分解状態での分解表示としてｚ方向に沿って積層された配置で６つのハルバッハリングを備えた本発明に係る磁石装置の一実施の形態の概略的三次元図である。
【図３ｂ】シムチューブを備えた図３ａの中央磁石装置を示す図である。
【図４】ｚ軸の周囲に同軸に配置されたリング要素を備えた一実施の形態に係る概略的な縦断面図である。
【図５】分解状態での分解表示としてｚ軸に配置された４つ以上にセグメント化されたリング要素を備えた実施の形態の概観図である。
【図６】本発明に係る磁石の製造時の方法ステップのフローチャートを示す。
【発明を実施するための形態】
【００５８】
本発明を図面の図及び図形で表し、例示的な実施の形態を用いてより詳細に説明する。
【００５９】
本発明に係る磁石装置１は、様々な実施の形態における図面の図に表されるように、いずれの場合にも概略的に、測定容積０（図１ｂに示す）内でｚ軸の方向に均一な磁場を発生させるための永久磁石システムを有する、図面に別々に表していない磁気共鳴装置の構成部品としてその主用途を有し、永久磁石システムはｚ軸に対して円筒状対称的に配置され、かつｚ方向及び／又は同心円状に互いに積層される磁性材料で作製された少なくとも２つ、特に少なくとも３つのリング状の磁石要素２を備え、リング状の磁石要素２は個々の磁石セグメント３から構成され、それぞれのリング内の個々のセグメントの磁化方向がｚ方向に垂直なｘ−ｙ平面で実質的に平行に延在するように配置され、リング状の磁石要素２はそれぞれ、双極子磁場を発生するハルバッハ磁化を有し、リング状の磁石要素２は複数の自由度で互いに整列可能である。
【００６０】
一般に、本発明に係る磁石装置１は、磁気共鳴装置への最終的な取付け前に、リング状の磁石要素２は前もって固定的に製造され、各磁石セグメント３が互いに変位しないように固定され、リング状の磁石要素２がｘ−ｙ平面で互いに変位可能に配置され、かつリング状の磁石要素２が互いに回転可能及び／又は傾斜可能に取り付けられる点において区別される。
【００６１】
リング状の磁石要素２は、ｚ軸を中心に回転可能に取り付けられることが好ましい。
【００６２】
リング状の磁石要素２はｚ軸を中心に同心円状に配置されてもよく、また、半径方向外側リング状の磁石要素５は固定的に取り付けられると共に、半径方向内側リング状の磁石要素４は可動的に取り付けられ、又はその逆も同様に取り付けられる。
【００６３】
また、リング状の磁石要素２はｚ軸を中心に同心円状に配置されてもよく、半径方向内側リング状の磁石要素４は半径方向外側リング状の磁石要素５より高い抗磁力を有する。
【００６４】
本発明の実施の形態では、リング状の磁石要素２は、ｚ方向に互いに積層されて配置される。永久磁石システムは次に、図１ａ、図１ｂ及び図２で明瞭に分かり得るにように、少なくとも３つのリング状の磁石要素２を備える。中央リング状の磁石要素８は、図３ｂ及び図４に表すように、全体として固定的に接着接合され、全体として上部リング及び下部リング状の磁石要素に対して横方向に変位可能である。
【００６５】
リング状の磁石要素２は、図１ａ〜図３ａ及び図５に示すように、ｚ方向に互いに積層されて配置されてもよい。より簡便な改良形態では、中央リング状の磁石要素８は次に、ｘ−ｙ平面でのみ可動であるが、上部リング及び下部リング状の磁石要素もまた、ｚ方向に変位可能かつ回転可能であるように構成することができる。
【００６６】
中央リング状の磁石要素８はまた、例えば、図３ａ、図３ｂ及び図４で明瞭に分かり得るように、２つの同心磁石リング４、５で構成することができる。これらは、磁場を均一化するための補正要素１０、例えば、より高い磁場順をシム調整するためにシムチューブなどのシム構造体の挿入用の穴７がリング間に留まるように、図３ｂに表すように、好ましくは支柱６によって、互いに締結される。
【００６７】
中央リング状の磁石要素８は、ｘ−ｙ平面で浮遊して取り付けられ、収容デバイス９内の図２に示す開口部１２を貫通すると共に、中央リング状の磁石要素８のＸ−Ｙ位置が調整され得る、保持デバイス１１、特に摺動ブロックが設けられる。Ｘ−Ｙ位置の調整は、例えば摺動ブロックでの張力又は圧力ねじの形態で、位置決め手段（図示せず）によって行われる。
【００６８】
図１ａ〜図３ａは、永久磁石システムは、２つのカバーモジュール１３によってｚ軸の方向で両側に境界付けられ、そのカバーモジュールの各々はリング状の磁石要素と、リング状の磁石要素２が収容デバイス９上で回転可能であり、ｚ方向に変位可能であり、かつ収容デバイス９に締結可能であるカバー部品１４とを備える点で区別される実施の形態を表す。この場合、カバーモジュール１３及びカバー部品１４はそれぞれ、中央磁石リングモジュール１５に軸方向に隣接する。
【００６９】
一般に、本発明に係る磁石装置１では、カバーモジュール１３がｘ−ｙ平面内で傾斜可能であり、かつ／又は収容デバイス９に対してｚ軸を中心に回転可能である、位置決め手段１６、特に様々な幾何学的な実施の形態及び空間的配置における調整ねじが設けられる。
【００７０】
図１ａ及び図１ｂはまた、磁石リング２が内側に配置される保持リング１７を示す。
【００７１】
図２は、磁石の反発力に対しても共に磁石リング２を接合するのを容易に可能にするために、中央磁石リングモジュール１５及びカバーモジュール１３に嵌合されるガイド装置１８及びスピンドル１９を備えた本発明に係る磁石装置を取り付ける装置を示す。ガイド装置１８及びスピンドル１９は、取り付け後に再度取り外される。スピンドル１９の代替として、例えば油圧プレスなどを使用することも可能である。
【００７２】
磁場均一性の調整前に、外側ブリッジ２０は、収容デバイス９に嵌合することができる。その後、カバーモジュール１３は、収容デバイス９から分離され、その結果、カバーモジュール１３は中央磁石リングモジュール１５に対して変位可能かつ回転可能に取り付けられる。図１ａで分かり得るように、ブリッジ２０を用いて、カバーモジュール１３は、カバーモジュール１３がｚ軸を中心に回転可能又は傾動可能であるのにカバーモジュールのブリッジの内側に十分な遊びを有するように、ハウジング９に締結される。
【００７３】
図面に別々に表していない磁場均一性の調整後、スペーサはいずれの場合にも、磁石リング２の間に間隙が残るような位置に導入される。
【００７４】
本発明に係る磁石装置１の磁場は、図１ａ〜図２に表すように、磁石リング２を剛性モジュール１３、１５全体として調整することによって均一化することができる。測定容積０内での磁場の均一性の更なる向上のために、磁石リング２の横方向の変位、ｚ軸に対する傾斜、及び／又はｚ軸を中心とした回転が行われてもよい。
【符号の説明】
【００７５】
０  測定容積
１  磁石装置
２  リング状の磁石要素
３  磁石セグメント
４  半径方向内側リング状の磁石要素
５  半径方向外側リング状の磁石要素
６  支柱
７  シム用の穴
８  中央リング状の磁石要素
９  収容デバイス
１０  補正要素
１１  保持デバイス
１２  開口部
１３  カバーモジュール
１４  カバー部品
１５  中央磁石リングモジュール
１６  位置決め手段
１７  保持リング
１８  ガイド装置
１９  スピンドル
２０  ブリッジ
【図１ａ】
2018173405.tif 000003
【図１ｂ】
2018173405.tif 000004
【図２】
2018173405.tif 000005
【図３ａ】
2018173405.tif 000006
【図３ｂ】
2018173405.tif 000007
【図４】
2018173405.tif 000008
【図５】
2018173405.tif 000009
【図６】
2018173405.tif 000010
【外国語明細書】
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2018173405000002.pdf
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