專利名稱：用于產(chǎn)生均勻磁場(chǎng)的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及抑制磁場(chǎng)中的不均勻性。
背景技術(shù)：
相關(guān)背景技術(shù)的出版物包括 McDowell, A.與 Fukushima，Ε·的 “Ultracompact NMR: IH Spectroscopy in aSubkilogram Magnet”, Applied Magnetic Resonance 35 (I)，185-195，2008。該參考文獻(xiàn)描述了具有納升體積試樣的緊湊永磁體中的NMR光譜學(xué)。Bliimichj Bernhard 等人的 “Mobile NMR for Geophysical Analysis andMaterials Testing”，Petroleum Science 6 (I)，1-7，2009。該參考文獻(xiàn)不出了使用Halbach磁體設(shè)計(jì)的緊湊匪R光譜儀。Chmurnyj Gwendolyn N.和Hoult，David I.的“The Ancient and Honourable Artof Shimming”，Concepts in Magnetic Resonance Part A 2 (3)，131-149，2005 該參考文獻(xiàn)詳述了在勻化時(shí)球諧函數(shù)展開(kāi)的使用。Raichj H.和 Bliimler，P·的 “Design and Construction of a DipolarHalbach Array with a Homogeneous Field from Identical Bar Magnets:NMRMandhalas”，Concepts in Magnetic Resonance B:Magnetic Resonance Engineering23B (I)，16-25,2004。該參考文獻(xiàn)詳述了在核磁共振譜儀中由立方磁體支撐的Halbach型磁體的使用。Moresij Giorgio 和 Magin，Richard 的“Miniature Permanent Magnet forTable-top NMR，，，Concepts in Magnetic Resonance Part B!Magnetic ResonanceEngineering 19B (I)，35-43，2003。該參考文獻(xiàn)公開(kāi)了對(duì)于使用平極片的NMR應(yīng)用使場(chǎng)內(nèi)部Halbach陣列更加均勻的研究。它也提到了突起的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)。Danieli，Ernesto 的“Mobile Sensor for High Resolution NMR Spectroscopyand Imaging”，Journal of Magnetic Resonance 198，80-87，2009。該參考文獻(xiàn)公開(kāi)了使用放在初級(jí)Halbach陣列中的磁體使場(chǎng)更加均勻的研究。Keimj Thomas A.的“Intentionally Non-orthogonal Correction Coils forHigh-homogeneity Magnets”，US Pat. No. 4，581，580，1986。公開(kāi)了能夠通過(guò)一組規(guī)定的施加電流的變型產(chǎn)生多個(gè)球諧函數(shù)的一組勻場(chǎng)線圈。在該組線圈中的給定線圈可以對(duì)一個(gè)以上的球諧函數(shù)起作用。Golayj M. J. E.的 “Homogenizing Coils for 匪R Apparatus，，，US Pat.No. 3，622，869，1971。公開(kāi)了使用均勻化線圈，以用于磁場(chǎng)的優(yōu)化，該磁場(chǎng)包括附連到電絕緣板和與磁極片平行且鄰近放置的電導(dǎo)體。Kablerj Donald J.、Gang，Robert Ε·、and Reeserj Jr. Λ William 0.的“MagneticField Shim Coil Structure Utilizing Laminated Printed Circuit Sheets，，，US Pat.No. 3，735，306，1973。公開(kāi)了通過(guò)在單獨(dú)模塊中與極片平行且鄰近放置的印制電路板而構(gòu)造的場(chǎng)均勻化線圈。Hughes的1987年的第4，682，111號(hào)美國(guó)專利公開(kāi)了使用成形極片，以改進(jìn)靜態(tài)磁場(chǎng)的均勻性。Rose N. E.的 “Magnetic Field Correction in the Cyclotron”，Phys.Rev. 53，715-719，1938。描述了用于在回旋加速器中的均勻化磁場(chǎng)的突起極片。01 Donnell, Matthew 等人的 “Method for Homogenizing a Static MagneticField Over an Arbitrary Volume”，1987 年的美國(guó)專利第 4，680，551 號(hào)(7 月 24 日授權(quán))。公開(kāi)了基于磁場(chǎng)映射和加權(quán)最小二乘計(jì)算的勻化電流的選擇。
在核磁共振(NMR)實(shí)驗(yàn)中，在偏置的靜態(tài)磁場(chǎng)的影響下放置試樣，該靜磁場(chǎng)部分地對(duì)準(zhǔn)試樣的核旋轉(zhuǎn)磁矩。該磁矩在靜態(tài)場(chǎng)中以稱作拉莫爾(Larmor)頻率的頻率旋動(dòng)，該頻率與磁場(chǎng)強(qiáng)度成正比?？梢酝ㄟ^(guò)在拉莫爾頻率處施加橫向射頻(RF)磁場(chǎng)來(lái)控制試樣的磁矩。通過(guò)觀察試樣對(duì)RF磁場(chǎng)的反應(yīng)，可以了解試樣的化學(xué)組成。作為分析方法的NMR的功率可以主要是怎樣很好地控制所施加的磁場(chǎng)特性的函數(shù)。自從NMR初期開(kāi)始,就已經(jīng)存在勻化(shimming)磁場(chǎng)的實(shí)踐(使磁場(chǎng)更加均勻)，并且為了改進(jìn)磁場(chǎng)，勻場(chǎng)磁場(chǎng)的實(shí)施最初使用物理地放在源磁體后面的薄金屬片以調(diào)整這些磁體的位置。更現(xiàn)代的勻化技術(shù)使用電磁線圈。傳統(tǒng)的磁共振光譜儀通常使用設(shè)置成基本圓柱形的線圈形式的勻化線圈。在緊湊的NMR設(shè)備中使用勻場(chǎng)線圈已經(jīng)被證明是非常困難，主要是因?yàn)榭臻g限制，該空間不能容納可能具有許多層的傳統(tǒng)勻場(chǎng)線圈系統(tǒng)。在許多該設(shè)備中主磁體內(nèi)部的可用空間太小，不能容納一組典型的勻化線圈，該勻化線圈的個(gè)別元件被主要設(shè)計(jì)為解決主磁場(chǎng)的殘余不均勻性的一個(gè)且僅一個(gè)幾何方面或幾何分量。

圖1A、1B和IC對(duì)典型的強(qiáng)磁場(chǎng)光譜儀設(shè)計(jì)的主偏磁場(chǎng)和試樣管結(jié)構(gòu)與基于圓柱形Halbach陣列的緊湊磁體系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行比較。標(biāo)為B的箭頭表示主磁場(chǎng)方向。在附圖中沒(méi)有示出勻化措施。圖IA示意地示出強(qiáng)磁場(chǎng)磁體的超導(dǎo)磁場(chǎng)線圈、插入的圓柱形試樣管和由線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)B。試樣體積(volume)內(nèi)的磁場(chǎng)被沿線圈和管的共同對(duì)稱軸定位。圖IB和IC不出插入圓柱形Halbach磁體陣列的相同試樣管，Halbach磁體陣列產(chǎn)生與管的對(duì)稱軸線垂直的磁場(chǎng)B。該特定的Halbach陣列由繞管放置的環(huán)形布置的8個(gè)磁體組成，磁體的磁化矢量(示為箭頭)與管的對(duì)稱軸線垂直。對(duì)于某些應(yīng)用，Halbach陣列內(nèi)部的磁場(chǎng)非常均勻，但是對(duì)于某些高分辨率的NMR實(shí)驗(yàn)，該磁場(chǎng)非常不均勻。為了基本上減小磁場(chǎng)的不均勻性，對(duì)于不同的磁場(chǎng)不均勻性的幾何方面進(jìn)行獨(dú)立的控制是有幫助的。在許多磁共振應(yīng)用中，主磁場(chǎng)被沿規(guī)定的方向強(qiáng)烈地偏振，我們將規(guī)定的方向作為在源自某個(gè)固定點(diǎn)的笛卡爾參考系中的Z軸。位于空間中一點(diǎn)處的磁性旋轉(zhuǎn)的拉莫爾頻率通過(guò)該點(diǎn)處的磁場(chǎng)幅值來(lái)確定，該點(diǎn)位于通過(guò)磁場(chǎng)的Z分量Bz較好估計(jì)的合理均勻的磁場(chǎng)中?？梢詫z展開(kāi)為函數(shù)的比例和，其中k是用于表征一組函數(shù)中的各個(gè)函數(shù)fk的變量(或多個(gè)變量)，并且其中X、y和z是限定圍繞至少一部分試樣的體積中的位置的笛卡爾或其他空間坐標(biāo)。B0是磁場(chǎng)的大的且空間均勻的部分，系數(shù)Ck量化磁場(chǎng)不均勻性的不同分量。如果兩個(gè)不相同的函數(shù)之間
的數(shù)量積是零，那么該組函數(shù)，例如X、z、Z >被認(rèn)為是正交的(相對(duì)于函數(shù)的規(guī)定數(shù)量積)。兩個(gè)函數(shù)之間的共同數(shù)量積是積分，
權(quán)利要求
1.用于勻化磁場(chǎng)的方法，所述磁場(chǎng)中存在具有一個(gè)以上幾何分量的不均勻性，所述磁場(chǎng)通過(guò)磁體組件產(chǎn)生，所述方法包括 沿多個(gè)基本共同定向的勻場(chǎng)路徑中的相應(yīng)的勻場(chǎng)路徑施加多個(gè)同等調(diào)制的單一的勻場(chǎng)電流，每個(gè)勻場(chǎng)路徑的一部分位于所述磁體組件內(nèi)；以及 使用多個(gè)勻場(chǎng)電流抑制所述磁場(chǎng)中的所述不均勻性的所述一個(gè)以上的幾何分量。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中，所述多個(gè)勻場(chǎng)電流被布置為共面。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中，所述基本共同定向的勻場(chǎng)路徑中的個(gè)別勻場(chǎng)路徑 (a)是基本直的； (b)包括由方向突變分開(kāi)的兩個(gè)基本直的部分； (c)包括由方向突變分開(kāi)的3個(gè)基本直的部分；或者 Cd)包括具有鋸齒形結(jié)構(gòu)的區(qū)域。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中，試樣被沿軸插入到所述磁場(chǎng)中，其中所述勻場(chǎng)路徑的所述方向基本與所述軸平行。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中，多個(gè)勻場(chǎng)電流中的每個(gè)單獨(dú)的勻場(chǎng)電流在所述多個(gè)勻場(chǎng)路徑中的相應(yīng)的一個(gè)中流動(dòng)，其中所述電流中的個(gè)別電流通過(guò)以下方式確定 估計(jì)通過(guò)將已知電流施加到所述多個(gè)勻場(chǎng)路徑中的每一個(gè)而產(chǎn)生的磁場(chǎng)； 計(jì)算表示所估計(jì)的磁場(chǎng)的所述幾何分量的函數(shù)的數(shù)量積，以獲得幾何分量值； 將所述幾何分量值設(shè)置到矩陣中； 確定所述矩陣的偽逆以得到偽逆矩陣值；以及 根據(jù)所述偽逆矩陣值選擇所述電流中的個(gè)別電流。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中，所述施加包括協(xié)調(diào)地調(diào)整所述勻場(chǎng)電流的幅值。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中，所述單一勻場(chǎng)電流在所述勻場(chǎng)路徑附近的導(dǎo)磁物質(zhì)中感生鏡像電流。
8.用于檢測(cè)暴露于主磁場(chǎng)的試樣中的磁共振的檢測(cè)器，所述檢測(cè)器包括 具有兩個(gè)端部的基本平的勻場(chǎng)面板；以及 具有在兩個(gè)端部之間延伸的基本共同方向的多個(gè)勻場(chǎng)路徑，所述勻場(chǎng)路徑用于將勻場(chǎng)電流施加在所述多個(gè)勻場(chǎng)路徑上。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的檢測(cè)器，還包括具有軸線的縱向空間，所述縱向空間用于沿所述軸線插入包含所述試樣的試樣探測(cè)器，其中所述方向基本平行于所述軸線。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的檢測(cè)器，其中，所述平的勻場(chǎng)面板包括兩個(gè)平的面板。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的檢測(cè)器，還包括極片，在所述極片上安裝有所述兩個(gè)平的勻場(chǎng)面板，所述極片在所述縱向空間內(nèi)延伸。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的檢測(cè)器，其中，所述勻場(chǎng)電流之一在所述極片中感生鏡像電流。
13.根據(jù)權(quán)利要求8所述的檢測(cè)器，其中，所述多個(gè)勻場(chǎng)路徑中的至少一個(gè)子集設(shè)置在基本平行的平面上。
14.根據(jù)權(quán)利要求8所述的檢測(cè)器，還包括印刷電路板，所述印刷電路板上包括所述平的勻場(chǎng)面板。
15.根據(jù)權(quán)利要求8所述的檢測(cè)器，其中所述勻場(chǎng)路徑 a)包括由方向突變分開(kāi)的基本直的區(qū)域；或者 b)相對(duì)于其長(zhǎng)度的至少一部分是基本平行的。
16.一種勻場(chǎng)面板，具有第一和第二基本隔開(kāi)的端部和基本平的部分，所述勻場(chǎng)面板包括多個(gè)勻場(chǎng)路徑，所述多個(gè)勻場(chǎng)路徑中的每一個(gè)基本上在所述端部之間延伸，其中所述勻場(chǎng)路徑中的個(gè)別勻場(chǎng)路徑 a)包括由所述路徑的方向突變隔開(kāi)的基本直的區(qū)域；或 b)相對(duì)于其長(zhǎng)度的至少一部分是基本平行的；或 c)具有基本相同的方向。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的勻場(chǎng)面板，其中所述路徑是共面的。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的檢測(cè)器，其中，所述檢測(cè)器接受試樣沿軸線的插入，其中所述面板的所述端部基本上沿所述軸線定向。
19.根據(jù)權(quán)利要求19所述的檢測(cè)器，其中，所述勻場(chǎng)面板包括印刷電路板。
全文摘要
公開(kāi)了一種用于勻化磁場(chǎng)的方法。該方法使用單一的勻場(chǎng)電流，以有助于抑制磁場(chǎng)中的不均勻性的一個(gè)以上的幾何分量，而不改變勻場(chǎng)路徑的幾何結(jié)構(gòu)。還公開(kāi)了一種執(zhí)行該方法的裝置。在實(shí)施方式中，裝置包括基本共同定向的勻場(chǎng)路徑。
文檔編號(hào)G01R33/387GK102640010SQ201080054458
公開(kāi)日2012年8月15日 申請(qǐng)日期2010年12月1日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月2日
發(fā)明者加瑞特·M·萊絲郭維茲, 塞巴斯迪安·普奈克爾, 格雷戈里·麥克費(fèi)特斯 申請(qǐng)人:納納利塞斯公司