專利名稱：用于磁共振成像的永磁磁體及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及磁共振成像系統(tǒng)，特別涉及一種用于磁共振成像的永磁磁體及其制造方法。

背景技術(shù)：
磁共振成像可提供高的空間分辨率，無(wú)限的穿透深度和非常良好的軟組織對(duì)比，以及極佳的空間解剖定位，因此磁共振成像具有其它影像學(xué)技術(shù)不可比擬的優(yōu)勢(shì)。新型的磁共振成像要求更高的磁場(chǎng)強(qiáng)度、更高的空間分辨率。對(duì)于提高磁場(chǎng)強(qiáng)度，超導(dǎo)磁體無(wú)疑是個(gè)選擇。但是超導(dǎo)磁體制造、運(yùn)行和維護(hù)費(fèi)用高。永磁磁體因其工作可靠、價(jià)格較低，不需要附屬設(shè)備，運(yùn)行和維護(hù)簡(jiǎn)單，節(jié)約能源等優(yōu)點(diǎn)，越來(lái)越得到重視。
常規(guī)的永磁磁體可以分為兩大類開(kāi)放式和封閉式。其中開(kāi)放式磁體的典型代表是C型磁體；封閉式磁體包含的類型較多，有“口”字型、立柱型、“工”字型、球型、圓柱型等等。與開(kāi)放式磁體相比，封閉式磁體存在磁場(chǎng)穩(wěn)定性好、均勻度高、漏磁小以及安裝制作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。磁體設(shè)計(jì)遵循的原則是場(chǎng)強(qiáng)要盡可能高；磁場(chǎng)盡可能均勻；不允許有明顯漏磁；重量要盡可能輕。因此，我們首先考慮采用封閉式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)磁體。傳統(tǒng)的框式結(jié)構(gòu)磁體由軛鐵、主磁塊和極面構(gòu)成。由于邊緣效應(yīng)，只有氣隙中心區(qū)能得到高均勻度磁場(chǎng)，而氣隙邊緣區(qū)磁場(chǎng)是不均勻的。為了在氣隙中心區(qū)小范圍內(nèi)得到不均勻度小于10-4的高均勻度磁場(chǎng)，極面寬度與氣隙高度的比值需要達(dá)到4-8，即磁體需要做得很大。為了降低磁體造價(jià)，1984年，美國(guó)Field Effect公司研制出一種改進(jìn)型的永磁磁體。它是用若干塊磁化方向不同的梯形磁塊拼成一個(gè)多邊環(huán)形磁體，環(huán)內(nèi)部為氣隙區(qū)。由于不用軛鐵，這種磁體重量較輕，磁塊材料的用量也低于上述普通永磁磁體。但由于各梯形磁塊中的磁化方向不同，加工制造比較困難。而且磁塊內(nèi)各處工作點(diǎn)不一致，許多磁塊處于磁能級(jí)較小的工作點(diǎn)，因而磁塊材料的用量仍相當(dāng)大。中國(guó)專利CN85103498是常見(jiàn)的有鐵軛的框式磁體的改進(jìn)結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)采用了美國(guó)Field Effect公司的多邊環(huán)形磁體結(jié)構(gòu)，保留了普通永磁磁體結(jié)構(gòu)中磁塊形狀簡(jiǎn)單(多為方形和三角形)，便于加工制造，有框形軛鐵形成封閉磁路因而磁通不會(huì)漏到軛鐵外部等優(yōu)點(diǎn)。與普通永磁磁體結(jié)構(gòu)相比，增加了堵漏磁塊和側(cè)磁塊，提高了氣隙處的磁場(chǎng)均勻性。最早實(shí)際應(yīng)用于磁共振成像的永磁磁體是美國(guó)Fonar公司設(shè)計(jì)制造的QED Beta 3000，其工作磁密為3000高斯，以恒磁鐵氧體材料為磁源，總重幾乎達(dá)到100噸。按照有關(guān)磁學(xué)定律推算，若采用中國(guó)專利CN85103498制造技術(shù)指標(biāo)與Fonar公司的QED Beta 3000相近的磁體時(shí)，估計(jì)總重將超過(guò)60噸，絕對(duì)重量仍然很大，而且由于加了側(cè)磁塊和堵漏磁塊，磁體的加工和安裝更加復(fù)雜。中國(guó)專利CN1042795是又一種改進(jìn)的無(wú)鐵軛的結(jié)構(gòu)，采用鍶鈣鐵氧體作為磁源，磁密為1500高斯時(shí)，重量達(dá)9噸，但漏磁場(chǎng)范圍較大。紐約大學(xué)醫(yī)學(xué)院研制的另一種磁體(見(jiàn)IEEE Transaction on Magnetics，Vol.Mag-25，No.5，P3904-3906)由不同形狀、不同充磁方向的永磁塊拼裝而成，加工和安裝都非常復(fù)雜。中國(guó)專利200420009046.1和200420047676.8雖然都是封閉式結(jié)構(gòu)，但場(chǎng)強(qiáng)都難以達(dá)到較高的水平。
這一類磁體里，比較經(jīng)典的磁體結(jié)構(gòu)是Halbach。在Halbach結(jié)構(gòu)里，每一塊磁鋼的磁場(chǎng)方向理論上都遵循

分布。這種結(jié)構(gòu)是非常實(shí)用和經(jīng)濟(jì)的，基本上常規(guī)取代了低場(chǎng)電磁體(＜1.8T)，尤其適合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室的小型磁體。Halbach圓柱型磁體的磁場(chǎng)強(qiáng)度計(jì)算公式為BZ＝μ0·M·log(Rext/Rint)，球型磁體的磁場(chǎng)強(qiáng)度計(jì)算公式為從公式中可以看出，無(wú)論圓柱型或球型，理論上這種磁體的場(chǎng)強(qiáng)可以達(dá)到無(wú)限大。但是實(shí)際上，由于永磁材料工作于深度磁飽和和充磁后磁滯回線的第二象限退磁部分，當(dāng)場(chǎng)強(qiáng)達(dá)到一定高度時(shí)，磁體會(huì)遭受磁材高矯頑力的強(qiáng)退磁作用，最終把場(chǎng)強(qiáng)限制在約2.5T左右，甚至達(dá)不到2T。顯然這種傳統(tǒng)的永磁磁體設(shè)計(jì)是難以進(jìn)一步提高磁場(chǎng)強(qiáng)度的。


發(fā)明內(nèi)容
為克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明提出一種改進(jìn)型的用于磁共振成像的永磁磁體及其制造方法。
本發(fā)明提供的磁共振成像用永磁磁體，包括軛鐵、主磁體及上、下極靴。其特征在于，主磁體由多個(gè)磁體環(huán)構(gòu)成；磁體環(huán)為環(huán)形結(jié)構(gòu)，沿徑向分為多個(gè)磁瓣，磁瓣在任意橫截面上的磁化方向?yàn)槔@著縱軸呈360°步進(jìn)式變化；各磁瓣在任意二分之一縱截面上的磁化方向?yàn)轫樦行妮S步進(jìn)式變化，且各磁瓣磁化方向的切線呈連續(xù)性分布；磁體環(huán)在軸中心處的主磁場(chǎng)磁化方向?yàn)檩S向。
主磁體為封閉式環(huán)形結(jié)構(gòu)，在軸中心處的主磁場(chǎng)磁化方向?yàn)檩S向；主磁體由多個(gè)磁體環(huán)沿縱軸呈階梯狀分布上下疊加而成；疊加所得的主磁體在任意橫截面上的磁化方向?yàn)槔@著縱軸呈360°步進(jìn)式變化，在任意二分之一縱截面上的磁化方向?yàn)轫樦行妮S360°步進(jìn)式變化，且在同一二分之一縱截面上各階磁體環(huán)的磁化方向的切線呈連續(xù)性分布；主磁體的軸向長(zhǎng)度大于磁體環(huán)的最大徑向長(zhǎng)度；軛鐵包裹在整個(gè)主磁體的外周；上、下極靴位于主磁體成像區(qū)域的兩個(gè)端面處，為成像區(qū)域提供均勻磁場(chǎng)。
本發(fā)明提供一種磁共振成像用永磁磁體的制造方法，其特征在于，首先對(duì)永磁材料進(jìn)行線切割加工成磁塊，然后充磁，依據(jù)磁塊磁化方向按順序拼接、膠合，制成主磁極；一個(gè)或多個(gè)磁化方向漸進(jìn)變化的主磁極在徑向左右疊加，形成在任意二分之一縱截面上磁化方向順著中心軸步進(jìn)式變化，且磁化方向的切線呈連續(xù)性分布的磁瓣；再依據(jù)磁瓣在徑向上磁化方向的唯一性，按繞著縱軸呈360°步進(jìn)式變化的順序，形成在軸中心處的主磁場(chǎng)磁化方向?yàn)檩S向的磁體環(huán)。
依據(jù)在任意二分之一縱截面上磁化方向順著中心軸360°步進(jìn)式變化的順序，沿縱軸上下疊加各階磁體環(huán)，形成封閉式的環(huán)形主磁體；上、下極靴固定在主磁體的成像端面上；再將內(nèi)表面呈階梯狀分布，且階梯的級(jí)數(shù)與磁體環(huán)的階數(shù)相適應(yīng)的軟磁軛鐵固定在主磁體外周。
通過(guò)本發(fā)明的上述技術(shù)方案，本發(fā)明提供的永磁磁體與現(xiàn)有的永磁磁體相比，在具有基本相同的大小和形狀的情況下，場(chǎng)強(qiáng)能達(dá)到幾個(gè)特斯拉，沒(méi)有明顯漏磁，耗材少，重量輕，最大限度地應(yīng)用了永磁磁體的潛能。因此，這種永磁磁體不僅能用于進(jìn)行磁共振成像，而且還可以用于其它需要小型、高場(chǎng)磁體，且磁體便于移動(dòng)和維護(hù)的任何情況。



圖1為本發(fā)明磁體環(huán)縱截面結(jié)構(gòu)的示意圖； 圖2a、圖2b為本發(fā)明磁體環(huán)縱截面軸向步進(jìn)式磁化方向示意圖； 圖3a、圖3b為本發(fā)明磁體環(huán)徑向截面示意圖； 圖4a至圖4j為本發(fā)明磁體環(huán)磁瓣徑向截面的形狀示意圖； 圖5為本發(fā)明主磁體縱截面結(jié)構(gòu)示意圖； 圖6為本發(fā)明主磁體縱截面各階磁體環(huán)示意圖； 圖7為本發(fā)明主磁體縱截面軸向步進(jìn)式磁化方向示意圖； 圖8a、圖8b為本發(fā)明永磁磁體裝置的縱截面結(jié)構(gòu)示意圖； 圖中1軛鐵，2主磁體，3上下極靴，4成像區(qū)域，5成像物體的進(jìn)出通道，21磁體環(huán)，211磁瓣，212磁孔，213主磁極。

具體實(shí)施例方式 下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明。
根據(jù)本發(fā)明的第一個(gè)內(nèi)容，如圖1至圖4所示，本發(fā)明提供了一種環(huán)形結(jié)構(gòu)的磁體環(huán)21，所述環(huán)形結(jié)構(gòu)磁體環(huán)21沿徑向分為多個(gè)磁瓣211，所述磁瓣211在任意橫截面上的磁化方向?yàn)槔@著縱軸呈360°步進(jìn)式變化；所述各磁瓣211在任意二分之一縱截面上的磁化方向?yàn)轫樦行妮S步進(jìn)式變化，且各磁化方向的切線呈連續(xù)性分布；所述環(huán)形結(jié)構(gòu)磁體環(huán)21在軸中心處的主磁場(chǎng)磁化方向?yàn)檩S向。
圖2a和圖2b是本發(fā)明磁體環(huán)21的縱截面軸向步進(jìn)式磁化方向示意圖。如圖2a和圖2b所示，本發(fā)明磁體環(huán)21任意二分之一縱截面上的磁化方向?yàn)轫樦行妮S從一端的磁化方向到另一端的磁化方向呈步進(jìn)式變化，且變化著的各磁化方向的切線呈連續(xù)性分布。這種磁化趨勢(shì)可以是沿著中心軸從上到下順時(shí)針變化，也可以是沿著中心軸從上到下逆時(shí)針變化。圖2a及圖2b只顯示了其中一種變化情況。當(dāng)如圖2a及圖2b所示沿著中心軸從上到下順時(shí)針360°步進(jìn)式變化時(shí)，所得到的磁體環(huán)21的主磁場(chǎng)方向向上；反之，沿著中心軸從上到下逆時(shí)針360°步進(jìn)式變化時(shí)，所得到的磁體環(huán)21的主磁場(chǎng)方向向下。
本發(fā)明磁體環(huán)21中各磁瓣211的磁化方向由其組成單元主磁極213的磁化情況決定。一個(gè)或多個(gè)磁化方向漸進(jìn)變化的主磁極213在徑向左右疊加形成磁化方向漸進(jìn)變化的磁瓣211。如圖2a所示，磁孔212處，即軸中心處的磁化方向垂直向上；磁孔212的兩邊，隨著主磁極213與磁孔212之間的距離漸漸加大，主磁極213的磁化方向由接近于垂直向上的方向向外順時(shí)針漸進(jìn)偏離軸中心。如圖2b所示，磁孔212處，即軸中心處的磁化方向垂直向上；磁孔212的兩邊，隨著主磁極213與磁孔212之間的距離漸漸加大，主磁極213的磁化方向由接近于垂直向上的方向向外逆時(shí)針漸進(jìn)偏離軸中心。
圖3a和圖3b是與圖2a和圖2b相對(duì)應(yīng)的本發(fā)明所示磁體環(huán)21的徑向截面示意圖，圖中示出了各磁瓣繞縱軸步進(jìn)式變化的磁化方向。各磁瓣211在徑向上的磁化方向具有唯一性，同一橫截面上的所有磁瓣211的磁化方向完成繞縱軸360°步進(jìn)式變化，其中各磁化方向的箭頭可以由軸中心指向圓周，如圖3a所示，也可以由圓周指向軸中心，如圖3b所示。
本發(fā)明磁體環(huán)21在徑向上由多個(gè)磁瓣211組成，如圖1所示，其中各磁瓣211可以以全對(duì)稱的方式分布在成像區(qū)域4四周，也可以以軸對(duì)稱的方式或者非對(duì)稱性分布。圖1只顯示出了全對(duì)稱的分布方式。
本發(fā)明對(duì)于磁瓣211的大小，數(shù)量以及材料沒(méi)有特別的要求。磁瓣211的大小可以根據(jù)所需要的磁體環(huán)21的大小及成像區(qū)域4的大小確定。磁體環(huán)21的場(chǎng)強(qiáng)要求越高，成像對(duì)象所要求的成像區(qū)域4越大，磁瓣211的尺寸將隨之越大。磁瓣211的數(shù)量以在徑向上可以形成封閉的磁體環(huán)21為原則。理論上可以是2個(gè)或多個(gè)。磁瓣211的材料可以選用現(xiàn)有的任何永磁材料，如燒結(jié)釹鐵硼、粘結(jié)稀土永磁、稀土鈷、恒磁鐵氧體等。
圖1也示意性地說(shuō)明了磁體環(huán)的磁瓣211由多個(gè)主磁極213沿徑向左右疊加而成。所述各磁瓣211對(duì)主磁極213的數(shù)量沒(méi)有特別要求，理論上可以是1個(gè)或多個(gè)。各磁瓣211對(duì)主磁極213的大小、厚度、材料沒(méi)有特別的要求。每一主磁極213的大小可以相同，也可以不同。每一主磁極213的厚度可以相同，也可以不同。所有磁瓣211的主磁極213可以具有相同的厚度，也可以具有不同的厚度。每一主磁極213依據(jù)局部磁場(chǎng)的分布可以選用相同的永磁材料，也可以選用不同的永磁材料。永磁材料可以選用現(xiàn)有的任何永磁材料，如燒結(jié)釹鐵硼、粘結(jié)稀土永磁、稀土鈷、恒磁鐵氧體等。
本發(fā)明對(duì)于磁瓣211的形狀沒(méi)有特別的要求。每個(gè)磁體環(huán)21中的磁瓣211可以具有相同的形狀，也可以具有不同的形狀。所述磁瓣211的內(nèi)表面可以為點(diǎn)狀、直線狀、圓弧狀、折線狀、曲線狀；所述磁瓣211的外表面可以為直線狀、圓弧狀、折線狀、曲線狀。因此，所述磁瓣211的徑向剖面可以為扇形、三角形、尖錐形、梯形、弓形、平底錐形、方形中的任意一種，或是其它任意形狀，如圖4a、圖4b、圖4c、圖4d、圖4e、圖4f、圖4g、圖4h、圖4i和圖4j示例性地給出了本發(fā)明幾種磁體環(huán)磁瓣211的徑向截面示意圖。
本發(fā)明所述磁體環(huán)21在徑向上由多個(gè)磁瓣211組成，因此磁瓣211的形狀決定了磁體環(huán)21的形狀。
本發(fā)明對(duì)于所述磁體環(huán)21的形狀沒(méi)有特別的限定。其中，所述磁體環(huán)21的外表形狀可以是規(guī)則形狀也可以是不規(guī)則形狀，如圓柱形、圓錐形、多邊棱柱形、多邊棱錐形、框形中的任意一種或者橫截面為不規(guī)則形狀的任意一種柱體；其中，所述磁體環(huán)21的內(nèi)表形狀可以是規(guī)則形狀也可以是不規(guī)則形狀，如圓柱形、圓錐形、多邊棱柱形、多邊棱錐形、框形中的任意一種或者橫截面為不規(guī)則形狀的任意一種柱體。圖3a和圖3b顯示出了其中一種磁瓣211形狀下的磁體環(huán)21的徑向截面示意圖，此時(shí)各磁瓣211的形狀相同、大小相同，磁體環(huán)21的內(nèi)外表面皆為規(guī)則的圓柱型。
本發(fā)明同時(shí)提供了采用上述磁體環(huán)21的一種磁共振成像用磁體裝置，該磁體裝置包括軛鐵1、主磁體2及上、下極靴3。
其中，所述主磁體2為封閉式結(jié)構(gòu)，在軸中心處的主磁場(chǎng)磁化方向?yàn)檩S向；所述主磁體2由上述多個(gè)磁體環(huán)21沿縱軸呈階梯狀分布上下疊加而成；疊加所得的主磁體2在任意橫截面上的磁化方向?yàn)槔@著縱軸呈360°步進(jìn)式變化，在任意二分之一縱截面上的磁化方向?yàn)轫樦行妮S360°步進(jìn)式變化，且在同一二分之一縱截面上各階磁體環(huán)21的磁化方向的切線呈連續(xù)性分布；所述主磁體2的軸向長(zhǎng)度大于磁體環(huán)21的最大徑向長(zhǎng)度。
圖5至圖7示意性地顯示了本發(fā)明主磁體2的結(jié)構(gòu)及其磁化情況。這種磁化趨勢(shì)可以是在任意二分之一縱截面上沿著中心軸從上到下順時(shí)針變化，也可以是沿著中心軸從上到下逆時(shí)針變化。圖7只顯示了其中一種變化情況。當(dāng)如圖7所示沿著中心軸從上到下順時(shí)針360°步進(jìn)式變化時(shí)，所得到的主磁體2的磁場(chǎng)方向向上，反之，沿著中心軸從上到下逆時(shí)針360°步進(jìn)式變化時(shí)，所得到的主磁體2的磁場(chǎng)方向向下。
本發(fā)明中的主磁體2由上述多個(gè)磁體環(huán)21沿縱軸呈階梯狀分布上下疊加而成，其中，所述各磁體環(huán)21在任意二分之一縱截面上的磁化方向?yàn)轫樦v軸從一端的磁化方向到另一端的磁化方向的步進(jìn)式改變，且各磁體環(huán)21在同一二分之一縱截面上的磁化方向與縱軸的夾角呈波段式分布，共同承擔(dān)從0°到360°的波段式變化。通過(guò)將各個(gè)磁體環(huán)21按磁化方向漸進(jìn)變化的順序上下疊置在一起，就可以方便的實(shí)現(xiàn)主磁體2從一端的磁化方向到另一端的磁化方向順著中心軸360°步進(jìn)式改變。
圖5示意性地說(shuō)明了主磁體2中各階磁體環(huán)21之間的階梯狀分布，這種階梯狀分布可以是全對(duì)稱方式或軸對(duì)稱方式或不對(duì)稱。
圖6不僅顯示出了主磁體2中各階磁體環(huán)21之間的階梯狀分布，而且顯示出了各階磁體環(huán)21在徑向上包括多個(gè)磁瓣211，每一磁瓣211可以含有一個(gè)或多個(gè)主磁極213。
所述主磁體2對(duì)于各階磁體環(huán)21的大小、厚度以及材料沒(méi)有特別的要求。每一磁體環(huán)21可以具有相同的大小，也可以具有不同的大小。每一磁體環(huán)21的厚度可以相同，也可以不同。每一磁體環(huán)21可以選用相同的永磁材料，也可以選用不同的永磁材料。永磁材料可以選用現(xiàn)有的任何永磁材料，如燒結(jié)釹鐵硼、粘結(jié)稀土永磁、稀土鈷、恒磁鐵氧體等。
本發(fā)明對(duì)于所述主磁體2的形狀沒(méi)有特別的限定。各階磁體環(huán)21的形狀共同決定了主磁體2的形狀。所述主磁體2的外表形狀可以是規(guī)則形狀也可以是不規(guī)則形狀，圖7顯示出了其中一種磁瓣211形狀下的主磁體2的縱向截面示意圖，此時(shí)各磁瓣211的形狀相同、大小相同，各階磁體環(huán)21的內(nèi)外表面皆為規(guī)則的圓柱型，主磁體2的外表形狀則由多個(gè)圓柱體呈階梯狀分布而得。
圖8a至8b所示的磁共振成像用磁體裝置是本發(fā)明磁體裝置的一種實(shí)施方式。
如圖8a、圖8b所示，本發(fā)明磁共振成像用磁體裝置中，軛鐵1的作用是用來(lái)形成磁路、增強(qiáng)成像區(qū)域4處的磁場(chǎng)、屏蔽漏磁，而且可以用來(lái)固定各階磁體環(huán)21，加強(qiáng)主磁體2結(jié)構(gòu)上的穩(wěn)定性，對(duì)于整個(gè)磁體裝置的安裝提供了相當(dāng)大的便利性。
本發(fā)明的軛鐵1選用高飽和度的軟磁材料，材料可以是碳鋼或工程純鐵。軛鐵1的結(jié)構(gòu)受主磁體2的外形所支配。本發(fā)明磁體裝置中軛鐵1的內(nèi)表面由主磁體2的外表面決定，呈階梯狀分布，階梯的級(jí)數(shù)與磁體環(huán)21的磁層數(shù)相適應(yīng)。所述軛鐵1相對(duì)于每個(gè)磁體環(huán)21來(lái)說(shuō)可以是一體型結(jié)構(gòu)，也可以是裝配型結(jié)構(gòu)，還可以具有其它一些輔助構(gòu)件。所述軛鐵1包裹在整個(gè)主磁體2的外周。
所要說(shuō)明的是，本發(fā)明磁體裝置中，主磁體2在平行于主磁場(chǎng)方向上，磁體兩端是封閉式結(jié)構(gòu)，成像區(qū)域4位于主磁體2的中心處，如圖8a和8b所示。在圖8b中，在垂直于主磁場(chǎng)方向上，主磁體2是通透式結(jié)構(gòu)，存在一個(gè)通道5用來(lái)取放成像物體。這個(gè)通道5也可以存在于與主磁場(chǎng)垂直的另一方向上。
上下極靴3由高飽和度的軟磁材料構(gòu)成，其材料可以選自碳鋼、工程純鐵以及它們和硅鋼片、鐵基納米晶的某種組合。上下極靴3位于成像區(qū)域的兩個(gè)端面處，為成像區(qū)域4提供盡可能好的均勻磁場(chǎng)，以達(dá)到可以直接進(jìn)行磁共振成像的目的。
根據(jù)本發(fā)明的第二個(gè)內(nèi)容，本發(fā)明提供了一種磁體環(huán)的制造方法，該方法包括形成不同形狀、不同磁化方向的主磁極213；形成在任意二分之一縱截面上磁化方向順著中心軸步進(jìn)式變化且磁化方向的切線呈連續(xù)性分布的磁瓣211；依據(jù)磁瓣211在橫截面上磁化方向的唯一性，沿徑向組裝多個(gè)磁瓣211，形成在軸中心處的主磁場(chǎng)磁化方向?yàn)檩S向的磁體環(huán)21。
主磁極213可以通過(guò)采用所選永磁材料，對(duì)其進(jìn)行線切割，然后充磁、拼接、膠合等制成所需形狀和所需磁化方向的主磁極213。
磁瓣211依其在磁體環(huán)21中的位置的不同而有其不同的磁化方向。將先前所得到的主磁極213依據(jù)其磁化方向按順序拼接，膠合而得到所需各種規(guī)格的磁瓣211。
再依據(jù)磁瓣211在徑向上磁化方向的唯一性，按繞著縱軸呈360°步進(jìn)式變化的順序(如圖3a和圖3b所示)，將各個(gè)磁瓣211沿著徑向放置，經(jīng)鉚釘固定，最后形成磁體環(huán)21。
本發(fā)明同時(shí)提供了采用上述磁體環(huán)21的一種磁共振成像用磁體裝置的制造方法，該磁體裝置包括軛鐵1、主磁體2、上下極靴3。
其中所述主磁體2的形成方法包括依據(jù)在任意二分之一縱截面上磁化方向沿著縱軸從0°到360°分波段逐步變化的順序，上下疊置各階磁體環(huán)21，就可以方便的形成封閉式的環(huán)形主磁體2。所得主磁體2的磁化趨勢(shì)可以是沿著中心軸從上到下順時(shí)針變化，也可以是沿著中心軸從上到下逆時(shí)針變化。主磁體2的各階磁體環(huán)21之間呈階梯狀分布，這種階梯狀分布可以是軸對(duì)稱的，也可以是非軸對(duì)稱形式。
主磁體2的制造方法可以依據(jù)本發(fā)明上述磁體環(huán)21的制造方法加以實(shí)現(xiàn)。
本發(fā)明的磁體裝置中，極靴3的制造可以通過(guò)機(jī)械加工得到。上下極靴安裝在主磁體成像區(qū)域4的相對(duì)端面上。
本發(fā)明的磁體裝置中，軛鐵1由多個(gè)單元組成。軛鐵1的單元數(shù)與磁體環(huán)21的階數(shù)相同，軛鐵1的內(nèi)表面也與與之相對(duì)應(yīng)的磁體環(huán)21的外表面一一對(duì)應(yīng)。各個(gè)軛鐵單元通過(guò)機(jī)械加工直接得到，軛鐵包裹在各個(gè)磁體環(huán)21的外周。最后組裝多個(gè)磁體環(huán)21，形成成像磁體裝置。
下面通過(guò)實(shí)施例來(lái)進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。
實(shí)施例 步驟1使用釹鐵硼材料制造7批每批8個(gè)相同的磁瓣，其中6批磁瓣的高度為55mm，1批磁瓣的高度為20mm。其中，第1批磁瓣和第7批磁瓣厚度為40mm，僅有1級(jí)主磁極，且主磁極選用磁能級(jí)居中的磁材；第2批磁瓣和第6批磁瓣厚度為80mm，由2級(jí)主磁極構(gòu)成，離軸近的主磁極選用磁能級(jí)居中的磁材，離軸遠(yuǎn)的主磁極選用磁能級(jí)較低的磁材；第3批磁瓣和第5批磁瓣厚度為120mm，由3級(jí)主磁極構(gòu)成，離軸近的主磁極選用磁能級(jí)較高的磁材，位于中間的主磁極選用磁能級(jí)較低的磁材，離軸最遠(yuǎn)的主磁極選用磁能級(jí)居中的磁材；第4批磁瓣位于成像區(qū)域，厚度為106.5mm，由2級(jí)主磁極構(gòu)成，離軸近的主磁極選用磁能級(jí)較低的磁材，離軸遠(yuǎn)的主磁極選用磁能級(jí)較高的磁材。
步驟2使第1批磁瓣中的1級(jí)主磁極的磁化方向相對(duì)于軸向向外傾斜30度；使第2批磁瓣中的2級(jí)主磁極的磁化方向由軸中心向外依次相對(duì)于軸向向外傾斜30度和60度；使第3批磁瓣中的3級(jí)主磁極的磁化方向由軸中心向外依次相對(duì)于軸向向外傾斜60度、120度和150度；使第4批磁瓣中的1級(jí)主磁極的磁化方向相對(duì)于軸向傾斜180度；使第5批磁瓣中的3級(jí)主磁極的磁化方向由軸中心向外依次相對(duì)于軸向向內(nèi)傾斜60度、120度和150度；使第6批磁瓣中的2級(jí)主磁極的磁化方向由軸中心向外依次相對(duì)于軸向向內(nèi)傾斜30度和60度；使第7批磁瓣中的1級(jí)主磁極的磁化方向相對(duì)于軸向向內(nèi)傾斜30度。
步驟3使用工程純鐵制造3組(每組2個(gè)，且兩兩之間的尺寸和外形完全相同)導(dǎo)磁軛鐵環(huán)，第1組軛鐵的上端是直徑為120mm、高為50mm的圓板，下端是內(nèi)徑為80mm、外徑為120mm、高為25mm的圓柱環(huán)；第2組軛鐵的上端是內(nèi)徑為80mm、外徑為200mm、高為30mm的圓柱環(huán)，下端是內(nèi)徑為160mm、外徑為200mm、高為25mm的圓柱環(huán)；第3組軛鐵的上端是內(nèi)徑為160mm、外徑為360mm、高為30mm的圓柱環(huán)，下端是內(nèi)徑為240mm、外徑為360mm、高為65mm的圓柱環(huán)。
步驟4將軛鐵環(huán)依據(jù)其外徑從小到大再?gòu)拇蟮叫〉捻樞蛞来纬蕦?duì)稱狀從上到下用螺釘固定，此時(shí)保留一封底圓板。
步驟5將第1批的8個(gè)磁瓣依據(jù)其磁化方向繞著縱軸360度步進(jìn)式變化的順序沿著徑向喂送到最上端的一個(gè)軛鐵環(huán)里，此時(shí)，軛鐵環(huán)的圓板居上。同理，依次按順序喂送第2批、第3批、第4批、第5批、第6批、第7批的磁瓣，封裝最后保留的封底軛鐵圓板，便得到從上到下磁化方向沿著軸向360度步進(jìn)式變化的封閉式環(huán)形磁體系統(tǒng)。
步驟6檢測(cè)氣隙中的磁場(chǎng)強(qiáng)度，得到的磁場(chǎng)強(qiáng)度大小為3.4特斯拉。
本實(shí)施例所得到的永磁磁體的縱向長(zhǎng)度為450mm，徑向長(zhǎng)度為360mm，成像區(qū)域?yàn)楦?7mm、底面直徑為20mm的柱體。
因此，從上述數(shù)據(jù)中可以看出，使用本發(fā)明的結(jié)構(gòu)和制造方法，使得永磁材料的效能得到充分發(fā)揮，漏磁得到全面抑制，所以與現(xiàn)有構(gòu)成技術(shù)的磁體相比，可以在維持磁體開(kāi)放度不變，磁體總重大體不變的情況下，大幅提高磁體場(chǎng)強(qiáng)，節(jié)省磁材費(fèi)用。
權(quán)利要求
1、一種用于磁共振成像的永磁磁體，包括軛鐵(1)、主磁體(2)及上、下極靴(3)；其特征在于，主磁體(2)由多個(gè)磁體環(huán)(21)構(gòu)成；磁體環(huán)(21)為環(huán)形結(jié)構(gòu)，沿徑向分為多個(gè)磁瓣(211)，磁瓣(211)在任意橫截面上的磁化方向?yàn)槔@著縱軸呈360°步進(jìn)式變化；各磁瓣(211)在任意二分之一縱截面上的磁化方向?yàn)轫樦行妮S步進(jìn)式變化，且各磁瓣(211)磁化方向的切線呈連續(xù)性分布；磁體環(huán)(21)在軸中心處的主磁場(chǎng)磁化方向?yàn)檩S向；主磁體(2)為封閉式環(huán)形結(jié)構(gòu)，在軸中心處的主磁場(chǎng)磁化方向?yàn)檩S向；主磁體(2)由多個(gè)磁體環(huán)(21)沿縱軸呈階梯狀分布上下疊加而成；疊加所得的主磁體(2)在任意橫截面上的磁化方向?yàn)槔@著縱軸呈360°步進(jìn)式變化，在任意二分之一縱截面上的磁化方向?yàn)轫樦行妮S360°步進(jìn)式變化，且在同一二分之一縱截面上各階磁體環(huán)(21)的磁化方向的切線呈連續(xù)性分布；主磁體(2)的軸向長(zhǎng)度大于磁體環(huán)(21)的最大徑向長(zhǎng)度；軛鐵(1)包裹在整個(gè)主磁體(2)的外周；上、下極靴(3)位于主磁體成像區(qū)域(4)的兩個(gè)端面處，為成像區(qū)域(4)提供均勻磁場(chǎng)。
2、如權(quán)利要求1所述的永磁磁體，其特征在于，所述的磁體環(huán)(21)在徑向上由多個(gè)磁瓣(211)組成，磁瓣(211)分布在成像區(qū)域(4)的四周。
3、如權(quán)利要求1所述的永磁磁體，其特征在于，所述磁體環(huán)(21)的外表形狀為圓柱形或圓錐形或多邊棱柱形或多邊棱錐形或框形中的一種；磁體環(huán)(21)的內(nèi)表形狀為圓柱形或圓錐形或多邊棱柱形或多邊棱錐形或框形中的一種。
4、一種制造權(quán)利要求1所述的用于磁共振成像的永磁磁體的制造方法，其特征在于，首先對(duì)永磁材料進(jìn)行線切割加工成磁塊，然后充磁，依據(jù)磁塊磁化方向按順序拼接、膠合，制成主磁極(213)；一個(gè)或多個(gè)磁化方向漸進(jìn)變化的主磁極(213)在徑向左右疊加，形成在任意二分之一縱截面上磁化方向順著中心軸步進(jìn)式變化，且磁化方向的切線呈連續(xù)性分布的磁瓣(211)；再依據(jù)磁瓣(211)在徑向上磁化方向的唯一性，按繞著縱軸呈360°步進(jìn)式變化的順序，形成在軸中心處的主磁場(chǎng)磁化方向?yàn)檩S向的磁體環(huán)(21)。
5、如權(quán)利要求4所說(shuō)的用于磁共振成像的永磁磁體的制造方法，其特征在于，依據(jù)在任意二分之一縱截面上磁化方向順著中心軸360°步進(jìn)式變化的順序，沿縱軸上下疊加各階磁體環(huán)(21)，形成封閉式的主磁體(2)；上下極靴(3)固定在主磁體的成像端面上；再將內(nèi)表面呈階梯狀分布，且階梯的級(jí)數(shù)與磁體環(huán)(21)的階數(shù)相適應(yīng)的軟磁軛鐵(1)固定在主磁體(2)外周。
全文摘要
一種用于磁共振成像的永磁磁體，其主磁體(2)由多個(gè)磁體環(huán)(21)沿縱軸呈階梯狀分布上下疊加而成。磁體環(huán)(21)沿徑向分為多個(gè)磁瓣(211)，磁瓣(211)在任意橫截面上的磁化方向繞縱軸呈360°步進(jìn)式變化；各磁瓣(211)在任意二分之一縱截面上的磁化方向?yàn)轫樦行妮S步進(jìn)式變化，且各磁瓣(211)磁化方向的切線呈連續(xù)性分布。磁體環(huán)(21)在軸中心處的主磁場(chǎng)磁化方向?yàn)檩S向。制造此永磁磁體的方法，由主磁極(213)在徑向左右疊加，形成磁瓣(211)；再依據(jù)磁瓣(211)在徑向上的磁化方向，按繞縱軸呈360°步進(jìn)式變化的順序，形成磁體環(huán)(21)；沿縱軸上下疊加磁體環(huán)(21)，形成主磁體(2)。
文檔編號(hào)H01F7/02GK101281239SQ200810112289
公開(kāi)日2008年10月8日 申請(qǐng)日期2008年5月22日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月22日
發(fā)明者胡麗麗, 錚 王, 楊文暉 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院電工研究所