專利名稱：基于雙永磁環(huán)的磁場發(fā)生器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及永磁體設(shè)計，其能夠產(chǎn)生主要用于核磁共振(NMR)、磁共振成像(MRI) 和磁共振斷層成像(MRT)用途的非常強且高度均勻的磁場。
背景技術(shù)：
在磁共振成像應(yīng)用中，具有強且均勻的磁場經(jīng)常是令人期望的。目前為止，大體上使用兩種磁體系統(tǒng)開放式和封閉式。開放式系統(tǒng)通過使用低場源裝置和高場源裝置產(chǎn)生垂直偶極磁場，中間的空間用于成像用途。在封閉式系統(tǒng)中，通常，圓筒型構(gòu)造與其周圍的場源一起使用，圓筒型構(gòu)造的內(nèi)部用于成像用途。對于需要接近病人的應(yīng)用，例如在介入治療中，已經(jīng)使用了開放式的磁體構(gòu)造。在此構(gòu)造中，兩個間隔開的超導(dǎo)線圈組件布置成亥姆霍茲型的幾何形狀。線圈間的空間允許醫(yī)師進入，而病人可以安放在孔內(nèi)。而且，開放的空間緩解了幽閉恐懼感。在此配置及其它配置的情況下，為了實現(xiàn)0. 5T或者更強的磁場，磁場源通常是超導(dǎo)線并且需要低溫條件。

發(fā)明內(nèi)容
列出下面的發(fā)明內(nèi)容僅是為了介紹在下文的具體實施方式
中論述的一些概念。本部分的內(nèi)容不是全面的，并且沒有旨在描述由權(quán)利要求書闡述的可保護的主題的范圍。本發(fā)明的實施例的目的是提供一種適用于磁共振成像用途的磁體系統(tǒng)，該系統(tǒng)使醫(yī)生能夠在實時磁共振成像掃描過程方便和完全地接近病人。本發(fā)明中，雙永磁環(huán)系統(tǒng)用于既在兩環(huán)之間的中間區(qū)域中產(chǎn)生強且均勻的磁場，同時又提供對雙環(huán)布置之間的病人的方便接近。該系統(tǒng)是免維護的，因為一旦永磁體勵磁，它們就在持續(xù)10年以上的系統(tǒng)壽命期內(nèi)保持磁化狀態(tài)。本發(fā)明實施例的一個目標是磁體系統(tǒng)可以由兩個主要的同軸永磁環(huán)構(gòu)成。根據(jù)本發(fā)明，磁化方向是徑向的，且被布置成一個環(huán)的磁化方向相對于另一個環(huán)是反平行的。因此，這種永磁體排列的布置具有在兩環(huán)之間的中間區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生強且均勻磁場的效果。
本發(fā)明實施例的另一特征涉及改變磁化方向或使其偏斜于徑向，以控制均勻性和磁場強度。本發(fā)明用于控制均勻性的另一特征是通過將每個環(huán)分割成兩個或多個部分并按需要改變間距而得到的。當(dāng)前系統(tǒng)的主要創(chuàng)新涉及能夠方便進入環(huán)之間。在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例中，鐵磁極用于在一個邊緣上用填隙環(huán)(shim ring) 封住環(huán)的孔，以勻化中間區(qū)域內(nèi)的磁場并限制磁場泄露量。本發(fā)明實施例的另一目的是提供在磁共振成像應(yīng)用中使用的磁體系統(tǒng)，其中該磁體系統(tǒng)包括第一永磁環(huán)和第二永磁環(huán)，第一永磁環(huán)和第二永磁環(huán)同軸地布置并且彼此間隔一段距離放置，每個永磁環(huán)具有孔以及大體上徑向方向的磁化作用，第一永磁環(huán)中的磁化作用保持與第二永磁環(huán)中磁化作用大體相反的方向，磁化作用在第一永磁環(huán)和第二永磁環(huán)的等中心點上產(chǎn)生軸向的偶極磁場，并且永磁環(huán)具有類似磁軛的鐵磁結(jié)構(gòu)罩。本發(fā)明實施例的又一目的是提供一種磁體系統(tǒng)，其中磁環(huán)具有類似磁軛的鐵磁結(jié)構(gòu)罩，并且所述系統(tǒng)還包括鐵磁的磁極尖。本發(fā)明的其它方面將在后面的附圖和詳細說明中變得明了。


為了了解本發(fā)明上文記載的以及其它優(yōu)點和特征，將通過參考在附圖中說明的本發(fā)明的具體實施方式
，對上文簡要描述過的本發(fā)明提供更具體的描述。在理解這些附圖僅描繪了本發(fā)明的典型實施例且因此不要認為限制本發(fā)明的范圍的情況下，將通過使用附圖對本發(fā)明用附加特征和細節(jié)進行描述和說明，其中圖1是本發(fā)明一個實施例的圖示，其中截掉了四分之一部分，該圖示出了原生磁化方向，所述原生磁場方向沿著軸向或者圖中ζ軸的方向；圖2是本發(fā)明中磁體的一個實施例的二維軸對稱有限差分半模型，其示出了磁通，包含了使中央磁場均勻化并控制漏磁通的磁極和磁軛產(chǎn)生的磁通，ζ軸是軸對稱的軸；圖3是本發(fā)明中磁體的一個實施例的三維軸對稱四分之一模型，其示出了中央平面內(nèi)的矢量場；圖4是本發(fā)明中磁體的一個實施例的三維軸對稱八分之一模型，其示出了以不同間距分割環(huán)形磁體來控制均勻性。
具體實施例方式下面參照附圖詳細描述磁場發(fā)生器系統(tǒng)。盡管下文闡述具體實施例，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員能想象的所有那樣的變化及修改均落入本發(fā)明的范圍內(nèi)。圖1的系統(tǒng)100示出本發(fā)明的開放式MRI磁體的優(yōu)選實施例。該圖描繪了四分之一被截掉的優(yōu)選磁體的圖示。如圖1所示，它由具有磁化方向2和4的兩個環(huán)形永磁體1 和3構(gòu)成。磁化方向是徑向的并且在兩環(huán)之間保持反平行方向。即如果方向2在環(huán)1中是如圖1所示那樣徑向向外的，那么方向4在環(huán)3中必須還如圖1中所示那樣是徑向向內(nèi)的或者反平行的。環(huán)之間的方向必須彼此間大體上保持這種關(guān)系。因此，如果方向2變成徑向向內(nèi)的，那么方向4必須是徑向向外的。
在系統(tǒng)100中，大體上沿ζ軸安放病人。醫(yī)師能接近環(huán)1和3之間的病人?？蛇x地，可以沿著X軸或y軸安放病人。在兩者中的任一配置中，磁體區(qū)域都為病人提供了非常開闊的空間。圖2中的模型是圖1的系統(tǒng)100的二維QD)軸對稱有限差分四分之一模型。圖 2中的坐標(0，0)是磁體的等中心點(isocenter)，分析表明存在用于MRI成像的均勻磁場區(qū)域。如圖2所示，磁化作用大體上徑向向外，然而磁化方向仍偏斜于直接徑向方向向外， 以獲得最佳均勻性。這是在設(shè)計階段允許對磁體進行調(diào)整(shim)的設(shè)計的一部分。此外，圖2還示出了使用鐵磁罩，鐵磁罩用來對永磁材料的特性中可能多達幾個百分點的固有不均勻度進行平均。這非常重要，因為在有效成像區(qū)內(nèi)，大多數(shù)MRI磁體要求達到Ippm或者更高的均勻度。而且，這些鐵磁體還用來控制場泄露。另外，如圖2所示，使用磁極尖(pole tip)來對等中心點處磁場的均勻度進行調(diào)整。圖3是圖1系統(tǒng)100的3D軸對稱四分之一模型。它表示，如本發(fā)明所預(yù)想的那樣， 系統(tǒng)100如由中央平面內(nèi)的矢量場繪圖所顯示的那樣工作。如可以從圖3的矢量場繪圖中看到的，磁場線是軸向的，上面環(huán)中的磁化方向是徑向向外的，而下面環(huán)中的磁化方向是徑向向內(nèi)的。最后，圖4示出了系統(tǒng)100的3D軸對稱八分之一模型，以說明分割每個單獨環(huán)的效果。如可以在矢量場繪圖中看到的那樣，當(dāng)所分割的環(huán)之間的間距改變時，磁通量也變化，因此影響了所述成像區(qū)域磁場分布，由此使用該自由度來進一步調(diào)整磁場。高磁場強度下導(dǎo)致的問題是永磁體的內(nèi)部退磁場增強。為了避免此問題，分析已表明在所分割的環(huán)的外部，使磁化方向大體上離開軸向而朝著徑向，從而在降低內(nèi)部退磁場和可獲得的中央磁場強度二者之間提供了良好的折中。當(dāng)說明本發(fā)明的主要內(nèi)容時，附圖、說明書連同所附權(quán)利要求書絕不意在限制本發(fā)明的范圍和精神。本發(fā)明的形式和細節(jié)上的變化將被理解為不背離本發(fā)明。因而，關(guān)于上面的描述，應(yīng)該認識到，本發(fā)明部件間的最佳尺寸關(guān)系，包括尺寸、材料、形狀、形式、功能以及操作、裝配和使用的方式上的變化，對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言是顯而易見的；并且由附圖示出的以及在說明書中描述的那些部件的所有等同關(guān)系，旨在由本發(fā)明所囊括。
權(quán)利要求
1.一種在磁共振成像應(yīng)用中使用的磁體，所述磁體一般包括雙永磁環(huán)，其同軸地布置并間隔開，使得能將病人安放在所述雙永磁環(huán)之間的孔或者空間內(nèi)，以便在掃描過程中對病人成像并接近病人； 所述雙永磁環(huán)具有大體上徑向方向的磁化作用；且一個永磁環(huán)中的所述磁化作用保持與另一永磁環(huán)大體上相反或者反平行的方向；以及在所述雙永磁環(huán)的等中心點處產(chǎn)生軸向的偶極磁場；以及用類似磁軛的鐵磁結(jié)構(gòu)覆蓋所述雙永磁環(huán)；且使用與鐵磁的磁極尖類似的結(jié)構(gòu)。
2.如權(quán)利要求1所述的永磁環(huán)，其中，每個永磁環(huán)由Nd-Fe-B型的永磁合金制成。
3.如權(quán)利要求1所述的永磁環(huán)，其中，所述永磁環(huán)間隔開并且與內(nèi)部區(qū)域同軸，所述內(nèi)部區(qū)域用于外科醫(yī)生放入對象，以進行磁共振成像檢查以及介入治療。
4.如權(quán)利要求1所述的雙永磁環(huán)的所述磁化方向，其中，所述磁化方向能偏斜于徑向， 使得能在等中心點處獲得最佳磁場均勻度。
5.如權(quán)利要求1所述的永磁環(huán)，其中，每個永磁環(huán)能被分割并間隔開，使得能在等中心點處獲得對磁場的均勻度和場強的進一步控制。
6.如權(quán)利要求5所述的分割的永磁環(huán)，其中，被分割的環(huán)的外部的磁環(huán)方向能夠大體上朝著軸向，以使永磁體中的內(nèi)部退磁場最低。
7.如權(quán)利要求1所述的類似磁軛的鐵磁結(jié)構(gòu)，其中，所述鐵磁結(jié)構(gòu)用于控制漏磁場。
8.如權(quán)利要求1所述的類似磁軛的鐵磁結(jié)構(gòu)，其中，類似磁軛的鐵磁結(jié)構(gòu)用于對所述永磁體材料特性中的固有不均勻度進行平均。
9.如權(quán)利要求1所述的磁極尖的使用，其中，磁極尖用來在等中心點處進一步獲得更好的均勻度。
10.如權(quán)利要求1所述的磁場發(fā)生裝置，具有通往所述內(nèi)部區(qū)域的兩個正交的進入通道。
11.一種在磁共振成像應(yīng)用中使用的磁體系統(tǒng)，所述磁體包括 第一永磁環(huán)和第二永磁環(huán)，二者同軸地布置并且彼此間隔一段距離； 每個永磁環(huán)具有孔以及大體上徑向的磁化作用；第一永磁環(huán)中的磁化作用保持與第二永磁環(huán)中的磁化作用大體上相反的方向； 磁化作用在第一永磁環(huán)和第二永磁環(huán)的等中心點處產(chǎn)生軸向的偶極磁場；以及第一永磁環(huán)和第二永磁環(huán)具有類似磁軛的鐵磁結(jié)構(gòu)罩。
12.如權(quán)利要求11所述的磁體系統(tǒng)，其中，所述第一永磁環(huán)和所述第二永磁環(huán)具有類似磁軛的鐵磁結(jié)構(gòu)罩。
13.如權(quán)利要求11所述的磁體系統(tǒng)，其中，所述磁體系統(tǒng)進一步包括鐵磁的磁極尖。
14.如權(quán)利要求11所述的磁體系統(tǒng)，其中，所述第一永磁環(huán)和所述第二永磁環(huán)之間的距離設(shè)置成允許為了成像而將病人安放在所述第一永磁環(huán)和所述第二永磁環(huán)之間。
15.如權(quán)利要求11所述的磁體系統(tǒng)，其中，所述孔的尺寸設(shè)置成允許為了成像而將病人安放在所述孔內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種主要在磁共振成像(MRI)應(yīng)用中使用的磁體裝置，其包括兩個主要的永磁環(huán)，永磁環(huán)間隔開并且布置成兩個容易進入的開口同軸對齊。每個永磁環(huán)中的磁化方向大體上是徑向的并且彼此保持反平行方向。這兩個永磁環(huán)一起在兩者之間的中間區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生了均勻的強磁場，中間區(qū)域具有通往該區(qū)域的兩條正交的進入通道。病人可以通過一條進入通道進入，而在實時MRI掃描過程中，醫(yī)生可以通過另一條通道完全接近病人并進行介入治療。本系統(tǒng)的實施例還具有限定磁場的形狀并且使邊緣磁場最小化的磁極和磁軛。該磁體裝置的實施例能夠在磁極和其它結(jié)構(gòu)未達到飽和的情況下，獲得用于全身掃描的強磁場。
文檔編號G01R33/28GK102317805SQ200980156716
公開日2012年1月11日 申請日期2009年12月11日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月12日
發(fā)明者古魯姆·泰克勒馬林, 連建宇 申請人:古魯姆·泰克勒馬林, 連建宇