CN1589729A - 在工作空间内无接触地移动磁体的电磁线圈系统 - Google Patents

Abstract

利用由十四个可单独控制的单个线圈(3a，3b；4a，4b；5a，5b；6a至6d；7a至7d)组成的电磁线圈系统(2)在工作空间(A)内无接触式移动磁体。为此，利用该线圈系统产生三个磁场分量以及五个磁场梯度。单个线圈优选地设置在成对相对的端面或侧面(F4a，F4b或F3a，F3b；F5a，F5b)上和包围工作空间(A)的管状外表面(F6)上。

Description

在工作空间内无接触地移动磁体的电磁线圈系统

技术领域

本发明涉及带有多个可单独控制的单个线圈的电磁线圈系统，用于无接触式移动三维工作空间内的磁体，该工作空间由在直角x，y，z坐标系内展开的平面所包围。这种电磁线圈系统从“IEEE Transactions on Magnetics”，Vol.32，No.2，1996年3月，第320至328页中可以得知。

背景技术

在医学方面使用通过切口或者体孔导入的内窥镜和导管，在纵向上可从外部移动并因此只能在一维上导航。利用光导体可以进行光学检查，其中，内窥镜尖端并因此还有观察方向可通过控制线摆动。特别是可以为活组织检查构成这种装置。然而，在这种情况下所使用的探针特别是在分支上只能有限导航，以至于从外部无接触地施加力本身会造成扩张使用范围。

从本文开始所述的出版物以及US 5 125 888A中得知一种用于无接触式控制磁性探针的电磁线圈系统，包括六个设置在一个正方体的平面上的、优选为超导体的单个线圈，其在直角x，y，z坐标系内的位置可以从数学上进行描述。利用这些线圈可以产生可变的场方向和场梯度，以便将带有磁性材料或磁性植入物的导管为治疗目的可在所要检查的例如人体内引导或移动。然而，利用由六个单个线圈组成的电磁线圈系统不能达到磁体不受限制的自由导航。

US 6 241 671介绍了一种带有三个线圈的电磁线圈系统，US 6 529 761B2介绍了一种可环绕患者转动设置的几个永久磁铁的装置，通过磁光阑可影响永久磁铁的磁场，而且永久磁铁可以产生移动磁性探针的磁性波。

此外，公知的还有带可转动永久磁铁的电磁线圈系统，用于特别是在X光控制下控制磁性导管。

有关通过反馈进行姿态稳定的方法在该现有技术中没有提及；出发点是，磁性探测体通过场方向和梯度的预先规定，始终处于所要检查的身体内部的内表面上。

WO 96/03795 A1介绍了一种采用附加脉冲线圈的方法，磁性探针利用这些线圈通过精确确定的电流脉冲在计算机控制下逐步移动。

公知的还有所谓的视频罩(Videokapseln)，例如“GastrointestialEndoscopy”杂志Vol.54，No.1，第79至83页所介绍的，用于检查消化道。在这种情况下视频罩通过自然的肠蠕动进行移动；也就是说，移动和观察方向是纯随机的。

DE 101 42 253 C1介绍了一种相应的视频罩，其装有棒状磁铁以及视频装置和其它插入装置。外部的电磁线圈系统向棒状磁铁施加用于导航的力。该文献提到一种所谓吊挂式的直升机方式，采用通过6D鼠标的外部控制，力的回答通过鼠标以及位置回答通过应答器进行。对于实现相应的电磁线圈系统和操作其单个线圈的细节，该文献中没有披露。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，提供一种电磁线圈系统，利用该系统可以对例如像按照上述DE-C1文献所述棒状磁铁的(铁)磁体进行无接触式导航或移动。在此，该磁体可在工作空间内定向和/或者向该磁体施加力。在此，力在该磁体上的定向以及大小和方向可磁性地并没有机械连接地从外部预先规定。

按照本发明，上述技术问题该目的通过一种电磁线圈系统实现，该电磁线圈系统用于在三维工作空间内无接触地移动磁体，该工作空间由在直角x，y，z坐标系内展开的平面所包围。该线圈系统具有十四个可单独控制的单个线圈，它们构造用于从相对于其对角线D对称的梯度矩阵中产生三个磁场分量B_x，B_y和B_z以及产生五个磁场梯度，

其中，利用单个线圈产生梯度矩阵三个对角线成分的两个和梯度矩阵与对角线对称的三个梯度成分对中各一个外对角线成分。

在按照本发明的、笼型环绕工作空间的电磁线圈系统中的出发点是，通过由麦克斯韦方程式承担的条件rotH＝0和divB＝0(其中，在脂肪压力中给出的量代表矢量)场梯度始终成对产生。由此出发可以看出，在三个可能的场分量B_x，B_y和B_z中仅有两个而在九个可能的磁场梯度dB_x/d_x，dB_x/dy，dB_z/dz，dB_y/dx，dB_y/dy，dB_y/dz，dB_z/dx，dB_z/dy和dB_z/dz中仅有五个必须独立于梯度产生。在此，十四个单个线圈这样必须能够利用相同值的电流，体现与八个电磁自由度相应的八个不同的电流模式。这些电流模式分别主要产生场分量或者场梯度。通过叠加然后可以产生按照麦克斯韦方程式允许的、场分量和场梯度的组合。

按照这种方式，可以借助于工作空间内的磁场，在该磁体向例如与磁性元件连接的那种探针上，例如像按照DE 101 42 253 C1所述的导管、内窥镜或者视频罩上(机械)无接触式定向和/或者施加力的意义上，无接触地控制/移动(＝导航)磁体。

因此，十四个可单独控制的单个线圈装置在成对相对的表面上和至少一个在z方向上延伸的管状外表面上。在此，直到外表面上，这些表面可以构成一个长方体或者正方体。但它们不必绝对平面构成。处于这些表面上的单个线圈然后特别是在z方向上可以很容易进入工作空间。

在此方面优选的是，至少六个单个线圈可以处于工作空间成对相对的端面或侧面上，并用于产生三个磁场分量B_x，B_y，B_z以及梯度矩阵的两个对角线成分。同时，至少四个单个线圈可以分布地设置在从切线方向上的至少一个包围工作空间的管状外表面上，用于产生梯度矩阵的至少一个外对角线成分。因此利用其余的单个线圈，可以共同构成所要求的三个外对角线成分。

按照线圈系统的一个特别优选的构成方式，

-作为三个线圈对的六个单个线圈可以处于工作空间的成对相对的端面或侧面上，和

-八个单个线圈构成两组线圈装置，它们在z方向上一个接一个处于至少一个管状外表面上，并且其各自四个单个线圈在切线方向上分布地设置在外表面上，并用于产生梯度矩阵的三个外对角线成分。

这种线圈系统的特征在于具有在z方向上易于进入工作空间的明确结构。

取而代之的是，在该线圈系统中可以效果同样良好地具有，

-在工作空间的端面上设置单个线圈的一个线圈对，用于产生磁场分量B_z以及梯度矩阵的对角线成分dB_z/dz，

-在成对相对的侧面上各自设置一个线圈装置，由分别两个在z方向上一个接一个设置的单个线圈组成，用于产生磁场分量B_x或B_y，

-在至少一个管状外表面上设置一个线圈装置，由四个在切线方向上分布地设置的单个线圈组成，和

-侧面和外表面上的这些线圈装置用于产生梯度矩阵的其它对角线成分和三个外对角线成分。

在上述实施方式中处于(设想的)外表面上的场梯度线圈可以鞍形地构成。在此，其在切线方向上分布在外表面上的端面弧形件(Bogenteil)在切线方向上可以并排，也就是说，各自具有一个＞90°的弧形角(Bogenwinkel)，或者也可以叠加。相应的单个线圈易于制造并产生明确的场关系。

此外，至少几个场分量线圈作为平面的矩形线圈或者圆形线圈构成。特别是处于端面上的线圈因此可以易于进入z方向上的工作空间。

优选地，线圈系统外侧上由软磁性材料制成的部件可以设置用于强化磁场和/或者屏蔽磁场。

为控制电磁线圈系统的十四个单个线圈，优选地使用计算机，其中，计算机在取决于所要移动的磁体当时位置的情况下，控制它们各自分配的供电。

附图说明

下面借助示出按照本发明的电磁线圈系统的优选实施方式的附图对本发明做进一步说明。其中分别示意性地示出了：

图1按照本发明电磁线圈系统的第一实施方式；

图2按局部图2a至2h的、这种电磁线圈系统的单个线圈，带有用于产生预定的磁场分量或磁场梯度的通电方向；

图3对图2中单个线圈之一的放大图；

图4利用线匝构成的图1的电磁线圈系统的斜向视图；

图5借助于计算机对按照图1的电磁线圈系统的单个线圈进行的控制；

图6按照图1的电磁线圈系统的一种特别结构，带有用于磁场屏蔽和/或者磁场强化的铁磁结构；

图7按照本发明电磁线圈系统的另一实施方式；

图8按图8a至8i的、图7电磁线圈系统单个线圈中的通电方向。

在此，附图中相应的部件具有相同的参考标记。

具体实施方式

利用按照本发明的电磁线圈系统，磁性探测体可以在工作体积内无接触式移动。在此，力在该探测体上的定向以及大小和方向可在磁性上并在没有机械连接的条件下从外部预先规定。特别是在医学应用的情况下，这样一种装有这种磁性探测体的探针可以是导管或者带有磁性元件的内窥镜或者带有照明和发射机的小型摄像机，该小型摄像机从例如像消化道或者肺部的体内发射视频图像。此外，例如像针这样的铁磁异物或者功能模块，在从外部不能进入的物体或者空间内可以通过磁力移动或者取出。除了在医学方面应用外，按照本发明的电磁线圈系统同样可以有效地用于其它领域，例如像放射性污染的空间内。利用所配备的磁性探针，也可以对特别是不可进入的其它物体例如进行内部检查，其中，探针不言而喻也可以具有其它的或者附加的功能。

因此，借助该电磁线圈系统可以对探测体在所有三个侧面的自由度上和两个旋转自由度中的观察方向上，通过磁力从外部进行控制。此外，该电磁线圈系统可以优选地从外部在z方向上进入，例如将所要治疗的患者在体内的工作空间内定位。

图1至4示出按照本发明电磁线圈系统的一种典型的实施例，利用该系统可以在在铁磁体上力的作用下对该铁磁体进行相应的导航或空间控制和/或移动。下面，作为这种铁磁体的一个实施例选择这样的探针，它配有铁磁材料或者含有由这种材料构成的部件。该铁磁体也称为“磁体”。

图1中用2整体标记的电磁线圈系统具有例如大致正方体形的外部轮廓。相应的六个正方体表面采用F3a，F3b，F4a，F4b，F5a和F5b标记。一个直角的x-，y-，z-坐标系处于该正方体一个角内上。在此，与z方向正交的表面F4a和F4b视为端面，而与x轴线和与y轴线正交的表面对F3a，F3b或F5a，F5b可以视为侧面对。这些表面对包围一个采用A标记的、体现为三维的内部空间或者工作空间。处于由六个表面构成的该内部空间内的，是带有与z方向平行分布轴线的管状外表面F6。总体上所提到的表面是设想的表面。但不言而喻，电磁线圈系统2的在这些表面上延伸的单个线圈由具体的、图中没有示出的固定装置所支撑的。

电磁线圈系统2按照本发明包括十四个普通导体的或者超导体的单个线圈，它们优选的作为矩形线圈或鞍形线圈构成。在此，该图中仅示意示出绕组形状；也可以选择带有倒圆角的单个线圈、圆形线圈或者其它的线圈形状。在此，所选择实施例的线圈系统由六个场分量线圈3a，3b，4a，4b和5a，5b以及八个场梯度线圈6a至6d和7a至d组成。利用成对处于相对的正方体表面F3a，F3b；F4a，F4b和F5a，F5b上的场分量线圈3a，3b或4a，4b或5a，5b，从下面再次给出的梯度矩阵中产生场分量B_x，B_y，B_z以及三个对角线磁场梯度dB_x/dx，dB_y/dy和dB_z/dz的至少两个。该梯度矩阵具有下列外形：

$\left[\begin{array}{ccc}\frac{{\mathrm{dB}}_x}{\mathrm{dx}}& \frac{{\mathrm{dB}}_y}{\mathrm{dx}}& \frac{{\mathrm{dB}}_z}{\mathrm{dx}}\\ \frac{{\mathrm{dB}}_x}{\mathrm{dy}}& \frac{{\mathrm{dB}}_y}{\mathrm{dy}}& \frac{{\mathrm{dB}}_z}{\mathrm{dy}}\\ \frac{{\mathrm{dB}}_x}{\mathrm{dz}}& \frac{{\mathrm{dB}}_y}{\mathrm{dz}}& \frac{{\mathrm{dB}}_z}{\mathrm{dz}}\end{array}\right]$

其中，元素dB_x/dx，dB_y/dy和dB_z/dz的连线被视为梯度矩阵的对角线D。该梯度矩阵相对于该对角线D或处于其上面的上述磁场梯度是对称构成的。在此，对角线成分的总和等于零。带有在其中所要选择的通电方向产生单个场分量的线圈对，按照图2及其局部图采用3或4或5标记。优选地场分量线圈的这些对相互间正交设置。总体上它们至少成对地具有相同的形状。

利用鞍形构成的场梯度线圈6a至6d以及7a至7d，分别构成两个线圈装置6和7，它们在z方向上一个接一个设置。鞍形场梯度线圈以场的方式包围工作空间A，其中，它们共同设置在至少一个设想的外表面F6上。在切线方向上，属于一个线圈装置的梯度线圈相互隔开；也就是说，在它们的端面弧形件之间并因此在它们分布在z方向上的纵面之间各自有一个间隙。然而，相邻的梯度线圈可以在其纵面上叠加。设想的外表面F6具有例如圆形的横截面。但它也可以具有例如正方形的其它横截面形状。也可以是同心的外表面，处于上面的是由一个或者由两个线圈装置构成的单个线圈。至少一个外表面F6也不必绝对处于由场分量线圈3a，3b，4a，4b，5a，5b包围的空间内，而是需要时也可以包括由这些线圈构成的结构。总体上至少属于一个线圈装置6和/或者7的场梯度线圈具有相同的形状。

按照图2及其局部图，利用场梯度线圈6a至6d和7a至7d例如在选择所示的通电方向时，构成磁场梯度dB_x/dy，dB_z/dx和dB_z/dy。这三个场梯度分别是上面梯度矩阵的一个外对角线成分。在此，这些成分别来自相对于对角线D对称的其它成分对。即在相应场梯度的构成中，必然成对产生相对于对角线D对称的场梯度。在这种情况下，它可以是梯度dB_Y/dx或dB_z/dz或dB_y/dz。因为只应考虑五个梯度自由度，所以对dB_z/dz-场梯度来说无需特别的电流模式。但作为替换，也可以选择产生dB_z/dz场梯度并为此去掉梯度dB_x/dx或者dB_y/dy中的一个。也就是说，只需产生处于梯度矩阵对角线D上三个梯度的两个。

如果现在将纵向延伸的磁体，例如与探针连接的铁氧磁铁或者永久磁铁装入电磁线圈系统2的工作空间A内，那么它会试图与磁场方向平行定向，因此它也预先规定探针的定向。在此，场梯度在磁体上施加力F＝grad(m·B)，其中，m为磁体磁矩的矢量。通过有目的地控制十四个单个线圈的每一个，可以在工作空间A内将磁体任意定向，并可以在各个方向上向磁体施加预先规定的力F，也就是说它不仅转动，而且可以线性移动。

局部图2a至2h成对示出例如按照图1系统2的电磁线圈系统的十四个单个线圈，在单个图内带有用于产生无接触式移动和/或者转动所需要的场分量和场梯度的电流I的各自电流方向。在此，按照图2a和2b利用单个线圈3a，3b的线圈对3，根据电流方向产生磁场分量B_x以及场梯度dB_x/dx。按照相应的方式，利用线圈对5的单个线圈5a，5b构成场分量B_y以及场梯度dB_y/dy。按照局部图2e，由单个线圈4a和4b构成的线圈对4产生场分量B_z。按照局部图2f至2h，利用由各自四个梯度线圈6a至6d或7a至7d构成的两个线圈装置6和7，根据单个线圈内的通电方向产生场梯度dB_z/dx或dB_z/dy或dB_x/dy。

图3放大和彼此拉开示出由各自四个梯度线圈6a至6d和7a至7d构成的两个线圈装置6和7，其中，这些线圈内的通电方向按照局部图2f选择。

图4以斜向视图示出按图1至3的电磁线圈系统2，带有构成单个线圈的导线束(Leiterpaketen)。在此的出发点是，构成磁场分量B_x，B_y，B_z的单个线圈例如带有基本上正方形的造型处于一个正方体的六个(设想的)平的外表面上。不言而喻，这些外表面也可以具有略微弯曲的形状。

在按照本发明的电磁线圈系统中，每个电流模式除了各自所希望的外也产生其它的场分量。它们取决于各自的线圈尺寸和磁体的位置；其幅度在方向上从中心向线圈的绕组增加。也就是说，这样不会在磁体的一个位置上产生带有场方向和力F＝grad(m·B)电流模式的电流强度之间的简单关系。

然而，通过十四个单个线圈内八个电流模式的适当叠加，在一个磁体位置(探针位置)上恰恰可以调整在磁体上产生所希望的定向和力作用的那些场和场梯度。特别优选的是，例如如果恰好产生重力F＝m·g＝grad(m·B)(M＝质量，g＝重力加速度)，则可以在空间内实现磁体的自由悬浮。与此有关的计算优选地利用计算机进行，特别是实施下列的计算步骤，并在需要时在磁体的移动期间连续反复：

-从工作空间和值|B|内的极坐标θ和上预定的磁体方向中，计算出磁体位置处三个场分量B_x，B_y，B_z的额定值；

-从磁体上预定的磁力中，计算出五个独立的场梯度dB_x/dx，dB_Y/dy，dB_x/dy，dB_z/dx和dB_z/dy的额定值；也可以预先规定梯度dB_z/dz，并为此将处于梯度矩阵对角线上的其它梯度dB_x/dx或者dB_y/dy中的一个设为零。也可以设想将梯度dB_z/dz与其它对角线梯度dB_x/dx或者dB_y/dy中的一个叠加；

-为线圈几何形状中八个电流模式的每一个，例如为1A线圈电流和按8×8矩阵形状的表示计算出磁体上的场分量和场梯度；

-计算出一个逆矩阵。该逆矩阵只取决于线圈几何形状，并可以对于所具有的工作空间内一个网格上的每个点预先建立。在装置的运行期间为加快计算在该网格上的数值之间进行内插；

-磁体的逆矩阵与场矢量(B_x，B_y，B_z，dB_x/dx，dB_Y/dy，dB_x/dy，dB_z/dx，dB_z/dy)相乘得出八个电流模式的电流值；

-按照所储存表格中各自的正或者负电流方向，将电流模式分成十四个单个线圈电流并将电流在单个线圈内线性叠加；

-控制单个线圈的十四个电源；

-监测在单个线圈内的损耗功率极限。

图5以示意图示出一种相应装置，用于在与用于控制磁体位置或探针位置的成像装置的共同作用下控制十四个单个线圈。在该图中，控制图1中电磁线圈系统2的计算机采用9标记。借助电磁线圈系统的十四个单个线圈，向磁体或相应的探针10上除了施加可自由预定的场向外，也可以在所有三个空间方向上施加不受限制的磁力。由计算机9控制的十四个单个线圈的十四个电源采用PA1至PA14标记。此外该图中还示出了X光装置的X射线管11，其射线穿过单个线圈绕组之间的自由空间。然后在电磁线圈系统外面的显示屏12上观察磁体10的位置或移动。

对于按照附图所示的电磁线圈系统的具体结构，可以具有下列措施：

-单个线圈可以由铝带或者铜带绕制，需要时用液体冷却。

-单个线圈可以由金属空心型材制成，需要时将冷却介质导入通过其内部空间。

-特别是单个线圈可以由超导体导线，优选地带有高Tc的超导材料制成。

-不言而喻，例如为使磁场均匀化，也可以使用其它的单个线圈。相应的单个线圈在局部图2e中虚线示出并采用4c标记。它在空间上可参照场分量B_z。

-此外，可以为该电磁线圈系统配备磁性材料。例如，可以是至少部分由这种材料包围的部件。图6示出按照图1电磁线圈系统2的相应结构。与此相应，具有由像铁这样的软磁性材料构成的磁性接地导体(Rueckschlusskoerper)19i，它从外面包围系统2的梯度线圈。利用这种软磁性部件特别达到了强化工作空间A内的磁场和/或者向外屏蔽散射场的目的。

-需要时，可以为用于产生磁场分量的线圈对的或者用于产生场梯度的线圈装置的单个线圈选择不同的导线横截面。这样，例如上部的y-单个线圈，例如按照局部图2c的单个线圈5b，可以具有比与其对应的下部y-线圈5a更大的导线横截面或者更高的匝数。不言而喻，在其它线圈对和/或者线圈装置中也可以有这种不同的结构。

在借助前面的附图示出的按照本发明电磁线圈系统2的实施例中的出发点是，成对正交设置在正方体相对表面上的场分量线圈，除了场分量B_x，B_y，B_z外，还产生按照前面梯度矩阵的三个对角线场梯度中的两个。但是也可以利用场分量线圈产生外对角线场梯度。为此要求三个场分量线圈的至少一个，特别是两个，通过由单个线圈的组成的线圈对构成。如果电磁线圈系统具有一个环绕工作空间的多个长方体形轮廓的话，那么例如可以采用这种实施方式。图7和8以与图1和2相应的图示出带有也是十四个单个线圈的电磁线圈系统的相应实施例并采用20标记。在此，局部图8a至8i示出为磁场分量和磁场梯度在单个线圈内所选择的通电方向。在该实施方式中，处于工作空间A端面F14a和F14b上的是由单个线圈14a和14b构成的线圈对14。按照图8g和8h，利用这些例如圆形构成的单个线圈，产生磁场分量B_z以及梯度矩阵对角线D上的所属梯度成分dB_z/dz。与此相对照，设置在成对相对的侧面F13a，F13b和F15a，F15b上的场分量线圈，各自通过由各自两个在z方向上一个接一个设置的单个线圈组成的线圈装置16或17而构成。在此，按照局部图8d，线圈装置16由单个线圈13a，13a`以及13b和13b`组成。按照局部图8d，8e和8f根据这些单个线圈内的通电方向，产生场分量B_x或对角线梯度成分dB_x/dx或外对角线梯度成分dB_z/dx。按照相应的方式，利用侧面F15a，F15b上线圈装置17的单个线圈15a，15a`和15b，15b`，按照局部图8a至8c产生场分量B_y或对角线梯度成分dB_y/dy或外对角线梯度成分dB_z/dy。为了能够产生按照图8i的第三外对角线梯度成分dB_x/dy，还需要由四个单个线圈18a至18d组成的另一个线圈装置18。这些单个线圈处于由场分量线圈构成的轮廓内部，一个(设想的)与z轴线平行延伸的包围工作空间A的管状外表面F18上。这四个单个线圈18a至18d在外表面F18的切线方向上规则地分布设置，其中，需要时其分布在z方向上的纵面可以叠加。对于按照局部图8i的图示来说，虽然为设想的外表面假设了一个正方形的横截面形状，如从图7中可看到的那样，为此也可以具有其它形状。此外，局部图8g示出了对于局部图2e提到过的可能性，即为磁场均匀化设置其它的单个线圈。这样，利用该局部图中采用14c标记的虚线构成的单个线圈，达到相应对照场分量B_z的目的。

图7和8中示出的按照本发明电磁线圈20的实施方式的出发点是，产生所有三个对角线梯度成分。然而，因为仅需要这些成分中的两个，所以可以取消局部图8b，8e和8h相应的电流模式中的一个。在此，取消的那个电流模式是不重要的。此外，也可以按照局部图8b，8e和8h仅产生一个梯度。第二梯度然后可以通过由另外两个梯度组成的线性组合构成，其中，线圈电流的比例固定并与电流值无关。也就是说，通过由不同单个线圈组成相应的线性组合，也可以始终产生梯度。不言而喻，这一点也适用于按照图1和2电磁线圈系统2的实施方式。

Claims (14)

1.一种电磁线圈系统(2，20)，用于在三维工作空间(A)内无接触地移动磁体(10)，该工作空间由在一个直角x，y，z坐标系内展开的平面(F4a，F4b；F3a，F3b；F5a，F5b；F14a，F14b；F13a，F13b；F15a，F15b；F6；F18)所包围，该线圈系统具有十四个可单独控制的单个线圈(3a，3b；4a，4b；5a，5b；6a至6d；7a至7d；13a，13a`；13b，13b`；15a，15a`；15b，15b`；18a至18d)，它们构造用于从相对于其对角线(D)对称的梯度矩阵中产生三个磁场分量B_x，B_y和B_z以及五个磁场梯度，

$\left[\begin{array}{ccc}\frac{{\mathrm{dB}}_x}{\mathrm{dx}}& \frac{{\mathrm{dB}}_y}{\mathrm{dx}}& \frac{{\mathrm{dB}}_z}{\mathrm{dx}}\\ \frac{{\mathrm{dB}}_x}{\mathrm{dy}}& \frac{{\mathrm{dB}}_y}{\mathrm{dy}}& \frac{{\mathrm{dB}}_z}{\mathrm{dy}}\\ \frac{{\mathrm{dB}}_x}{\mathrm{dz}}& \frac{{\mathrm{dB}}_y}{\mathrm{dz}}& \frac{d{B}_z}{\mathrm{dz}}\end{array}\right]$

其中，利用单个线圈从梯度矩阵三个相对于对角线(D)对称的梯度成分对中产生梯度矩阵三个对角线成分中的两个和各一个外对角线成分。

2.按照权利要求1所述的系统，其特征在于，十四个可单独控制的单个线圈(3a，3b；4a，4b；5a，5b；6a至6d；7a至7d；13a，13a`；13b，13b`；15a，15a`；15b，15b`；18a至18d)设置在成对相对的表面(F4a，F4b；F3a，F3b；F5a，F5b；F14a，F14b；F13a，F13b；F15a，F15b)上和至少一个在z方向上延伸的管状外表面(F6；F18)上。

3.按照权利要求2所述的线圈系统，其特征在于，

-至少六个单个线圈(4a，4b；3a，3b；5a，5b)处于工作空间(A)的成对相对的端面或侧面(F4a，F4b或F3a，F3b；F5a，F5b；F14a，F14b；F13a，F13b；F15a，F15b)上，用于产生三个磁场分量B_x，B_y和B_z以及梯度矩阵的两个对角线成分，和

-至少四个单个线圈(6a至6d；7a至7d；18a至18d)在切线方向上分布地设置在包围工作空间(A)的至少一个管状外表面(F6；F18)上，并用于产生梯度矩阵的至少一个外对角线成分。

4.按照权利要求3所述的线圈系统，其特征在于，

-六个单个线圈(4a，4b；3a，3b；5a，5b)作为三个线圈对(4，3，5)处于工作空间(A)的成对相对的端面或侧面(F4a，F4b或F3a，F3b；F5a，F5b)上，和

-八个单个线圈(6a至6d；7a至7d)构成两个线圈装置(6，7)，它们在z方向上一个接一个地处于至少一个管状外表面(F6)上，其各自四个单个线圈(6a至6d；7a至7d)在切线方向上分布地设置在外表面上，并用于产生梯度矩阵的三个外对角线成分。

5.按照权利要求3所述的线圈系统，其特征在于，

-单个线圈(14a，14b)的线圈对(14)处于工作空间(A)的端面(F14a，F14b)上，并用于产生磁场分量B_z以及梯度矩阵的对角线成分dB_z/dz，

-各自一个线圈装置(16或17)处于成对相对的侧面(F13a，F13b；F15a，F15b)上，其由各自两个在z方向上一个接一个设置的单个线圈(13a，13a`；13b，13b`；15a，15a`；15b，15b`)组成，用于产生磁场分量B_x或B_y，

-一个线圈装置(18)处于至少一个管状外表面(F18)上，其由四个在切线方向上分布地设置的单个线圈(18a至18d)组成，和

-侧面(F13a，F13b；F15a，F15b)和外表面(F18)上的线圈装置(16，17，18)用于产生梯度矩阵的另一个对角线成分和三个外对角线成分。

6.按照权利要求2至5中任一项所述的线圈系统，其特征在于，至少一个外表面(F6，F18)处于由六个成对相对的表面(F4a，F4b或F3a，F3b；F5a，F5b；F14a，F14b；F13a，F13b；F15a，F15b)构成的内部空间的内部。

7.按照权利要求2至6中任一项所述的线圈系统，其特征在于，处于外表面(F6，F18)上的场梯度线圈(6a至6d；7a至7d；18a至18d)鞍形地构成。

8.按照权利要求7所述的线圈系统，其特征在于，每个线圈装置的场梯度线圈的端面弧形件在切线方向上并排或者叠加。

9.按照前述权利要求中任一项所述的线圈系统，其特征在于，至少几个场分量线圈(3a，3b；4a，4b；5a，5b)作为平面的矩形线圈或者圆形线圈构成。

10.按照权利要求3至9中任一项所述的线圈系统，其特征在于，分别由单个线圈组成的线圈对和/或者线圈装置利用相同的形状构成。

11.按照权利要求3至10中任一项所述的线圈系统，其特征在于，由单个线圈组成的线圈对为了产生磁场分量而彼此正交设置。

12.按照前述权利要求中任一项所述的线圈系统，其特征在于，在其外侧配备由软磁性材料组成的部件(19i)，以强化磁场和/或者屏蔽磁场。

13.按照前述权利要求中任一项所述的线圈系统，其特征在于用于探测磁体(10)在工作空间(A)内部位置的装置。

14.按照前述权利要求中任一项所述的线圈系统，其特征在于借助计算机(9)控制其单个线圈。

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