專利名稱：用于磁共振成象設(shè)備中的磁場(chǎng)發(fā)生裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及供醫(yī)療等用的磁共振成象設(shè)備(以下簡(jiǎn)稱為MRI)中的磁場(chǎng)發(fā)生裝置的改進(jìn)，具體涉及這樣一種MRI的磁場(chǎng)發(fā)生裝置，這種裝置由于優(yōu)化作為磁場(chǎng)發(fā)生源的永久磁體的材料和配置而具有較大的磁效率、較小的尺寸，而且成本降低。
MRI是一種設(shè)備，它將待診斷的病人推入形成強(qiáng)磁場(chǎng)的磁場(chǎng)發(fā)生裝置的磁空間中，用于獲得病體的層析X射線象。圖7和圖8所示的用永久磁體作磁場(chǎng)發(fā)生源的結(jié)構(gòu)是眾所周知的。
在圖7所示的MRI的磁場(chǎng)發(fā)生裝置中，一對(duì)梯形截面的永久磁體2a、2b在六角柱形座架1中彼此相對(duì)并平行配置，在磁體的磁極面之間形成預(yù)定的間隙。三角形截面的永久磁體3a、3b、3c和3d被配置于鄰接梯形永久磁體2a、2b的兩側(cè)，使梯形永久磁體2a、2b的磁極面和三角形永久磁體3a、3b、3c和3d的磁極面形成磁空間4，磁空間4在垂直于縱方向的方向具有六角形截面，從而在磁場(chǎng)空間中形成圖中Y方向的磁場(chǎng)(參考日本專利公開(kāi)丙5—267047)。
在這種結(jié)構(gòu)中，為了形成在預(yù)定方向的磁場(chǎng)，每個(gè)梯形截面的梯形永久磁體2a、2b的磁化方向與磁場(chǎng)空間中的磁場(chǎng)方向一致，而每個(gè)三角形截面的永久磁體3a、3b、3c和3d的磁化方向與磁空間中的磁場(chǎng)方向成90°角(垂直方向)。為了減小尺寸和質(zhì)量，應(yīng)用了稀土型永久磁體，例如Fe(鐵)—B(硼)—Re(稀土)型永久磁體，這種磁體具有較大的最大能量積((BH)max)。
另外，為了改進(jìn)具有上述結(jié)構(gòu)的MRI的磁場(chǎng)發(fā)生裝置中的磁場(chǎng)空間4的磁場(chǎng)均勻性，已經(jīng)提出了這種結(jié)構(gòu)，在這種結(jié)構(gòu)中，將由預(yù)定材料作的具有預(yù)定形狀(未示出)的磁極片分別配置在一對(duì)梯形截面的永久磁體2a、2b的與磁空間4相對(duì)的對(duì)立面上(日本專利公開(kāi)丙5—291026)。
在圖8所示的MRI的磁場(chǎng)發(fā)生裝置中，一對(duì)板形架11a彼此相對(duì)配置在許多(通常為4根)支柱13上，使其形成預(yù)定的磁場(chǎng)空間12，而永久磁體14a、14b配置在板形架11a、11b的與磁場(chǎng)空間12相對(duì)的對(duì)立面上，使得在磁場(chǎng)空間12中形成圖中Y方向的磁場(chǎng)。為了進(jìn)一步改進(jìn)磁場(chǎng)空間12中的磁場(chǎng)均勻性，配置了磁極片17。
圖示說(shuō)明的結(jié)構(gòu)示出的磁場(chǎng)發(fā)生裝置，由于使稀土系永久磁體15a、15b例如Fe—B—Re條永久磁體和鐵氧體系永久磁體16a、16b共軸配置而具有較大的磁效率、尺寸小，而且成本低，稀土系永久磁體具有較大的最大能量積((BH)max)。而鐵氧體系永久磁體的最大能量積((BH)max)比稀土系永久磁體15a、15b小，但價(jià)格大為降低(日本實(shí)用型公告丙3—14011和丙3—14012)。
在上述結(jié)構(gòu)中，稀土永久磁體15a、15b和鐵氧體永久磁體16a、16b每個(gè)磁化方向均與磁場(chǎng)空間12中的磁場(chǎng)方向相同。
上面已經(jīng)說(shuō)明用永久磁體作磁場(chǎng)發(fā)生源的典型的磁場(chǎng)發(fā)生裝置的結(jié)構(gòu)。為了使MRI的磁場(chǎng)發(fā)生裝置得到廣泛應(yīng)用，還要求進(jìn)一步減小裝置的尺寸、重量并降低成本。近來(lái)，對(duì)于圖7所示結(jié)構(gòu)的磁場(chǎng)發(fā)生裝置，和圖8所示結(jié)構(gòu)相比，在例如減小磁漏和提高磁效率方面已得到改進(jìn)。
然而對(duì)于圖7所示結(jié)構(gòu)的磁場(chǎng)發(fā)生裝置，僅考慮了使用如上所述的具有較大最大能量積((BH)max)的稀土系永久磁體的結(jié)構(gòu)，而沒(méi)有考慮配合使用廉價(jià)永久磁體例如鐵氧體永久磁體的結(jié)構(gòu)，如圖8所示磁場(chǎng)發(fā)生裝置的結(jié)構(gòu)。
因?yàn)閳D7所示結(jié)構(gòu)的磁場(chǎng)發(fā)生裝置和圖8所示結(jié)構(gòu)的磁場(chǎng)發(fā)生裝置在關(guān)于磁路的基本技術(shù)原理方面是彼此不同的，所以只對(duì)梯形截面的永久磁體2a、2b和三角形截面的永久磁體3a、3b、3c、3d中的某一種磁體用鐵氧體系永久磁體代替稀土系永久磁體，并不能獲得高度均勻的定向磁場(chǎng)，這只能使裝置的尺寸增大。
本發(fā)明的目的是克服上述的問(wèn)題，提供一種供MRI用的磁場(chǎng)發(fā)生裝置，該裝置的磁場(chǎng)空間由許多永久磁體的磁極面包圍，截面為六角形，該裝置由于有效配置由不同材料制作的具有不同最大能量積((BH)max)的永久磁體例如稀土系永久磁體和鐵氧體系永久磁體而具有磁效率高、尺寸小和成本低的優(yōu)點(diǎn)。
本申請(qǐng)的發(fā)明人為達(dá)到上述目的已經(jīng)進(jìn)行了各種實(shí)驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，依賴于稀土系永久磁體的磁化方向和鐵氧體系磁體的相對(duì)于在MRI磁場(chǎng)發(fā)生裝置中形成的磁場(chǎng)空間磁場(chǎng)方向的磁化方向，配置每種磁體的狀態(tài)是不同的。本發(fā)明人基于辨明配置不同材料作的永久磁體的最佳條件而實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。
本發(fā)明提供一種供MRI用的磁場(chǎng)發(fā)生裝置，在該裝置中，一對(duì)分別為梯形截面的永久磁體彼此相對(duì)而平行地配置在筒形座架中，在其磁極面之間形成預(yù)定的間隙，三角形截面的永久磁體分別鄰接每個(gè)梯形截面的永久磁體的兩側(cè)，使得每個(gè)梯形截面永久磁體的磁面和每個(gè)三角形截面永久磁體的磁面形成在垂直于縱方向的方向?yàn)榱切谓孛娴拇艌?chǎng)空間，其特征在于，各為梯形截面的永久磁體由稀土系永久磁體組成，其磁化方向與磁場(chǎng)空間中的磁場(chǎng)方向一致，而分別為三角形截面的永久磁體則由鐵氧體系永久磁體構(gòu)成，其磁化方向相對(duì)于與磁場(chǎng)空間相對(duì)的對(duì)立面成90°角，分別為梯形截面的永久磁體與座架相接的相接面的最遠(yuǎn)點(diǎn)和分別為三角形截面的永久磁體與座架相接的相接面最遠(yuǎn)點(diǎn)相重合。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種供MRI使用的磁場(chǎng)發(fā)生裝置，在該裝置中，一對(duì)分別為梯形截面的永久磁體彼此相對(duì)并平行的配置在筒形座架中，在每個(gè)磁極面之間形成預(yù)定的間隙，分別為三角形截面的永久磁體分別與梯形截面永久磁體的兩側(cè)鄰接，使得梯形截面的永久磁體的磁面和三角形截面永久磁體的磁面形成在垂直于縱方向的方向上截面為六角形的磁場(chǎng)空間，其特征在于，分別為梯形截面的永久磁體由稀土系永久磁體構(gòu)成，其磁化方向與磁場(chǎng)空間中的磁場(chǎng)方向一致，而分別為三角形截面的永久磁體則由鐵氧體系永久磁體構(gòu)成，其磁化方向相對(duì)于與磁場(chǎng)空間相對(duì)的對(duì)立面成90°角，不超出小于90°角的范圍，在梯形截面永久磁體和三角形截面永久磁體之間的鄰接部分形成三角形截面的空間，分別為梯形截面的永久磁體與座架相接的相接面的最遠(yuǎn)端位于一條直線和梯形截面永久磁體的與座架相接的相接面的交點(diǎn)位置以外，該直線從三角形截面永久磁體與座架相接的相接面的最遠(yuǎn)端延伸穿過(guò)三角形截面空間。
另外，作為供MRI用的磁場(chǎng)發(fā)生裝置的優(yōu)化實(shí)施例，提供了一種用于MRI的磁場(chǎng)發(fā)生裝置，在該裝置中，在一對(duì)梯形截面永久磁體的每個(gè)對(duì)著磁場(chǎng)空間對(duì)立面上配置磁極片。
在本發(fā)明中，構(gòu)成梯形截面永久磁體(以下也簡(jiǎn)稱為梯形永久磁體)的稀土系永久磁體最好包括具有較大的最大能量積((BH)max)(例如大于30MGOe(兆奧斯特)，最好大于40MGOe)的已知的各向異性稀土系永久磁體，例如稀土鈷系永久磁體和Fe—B—Re(稀土)系永久磁體。
另外，構(gòu)成三角形截面永久磁體(以下也簡(jiǎn)稱為三角形永久磁體)的鐵氧體系永久磁體最好包含廉價(jià)的并具有相當(dāng)力的最大能量積((BH)max)(例如大于3MGOe，最好大于4MGOe)的已知的各向異性鐵氧體系永久磁體，例如鐵酸鍶磁體和鐵酸鋇磁體。
由上述材料分別構(gòu)成的梯形截面永久磁體和三角形截面永久磁體是用許多永久磁體片疊置而形成整體，疊置時(shí)需要將每個(gè)永久磁片的各向異性的方向與下述梯形永久磁體和三角形永久磁體的磁化方向準(zhǔn)直。
另外，分別示出了梯形永久磁體和三角形永久磁體的垂直于縱向的橫截面構(gòu)形。然而這兩種磁體并不僅僅局限于完整的梯形和三角形構(gòu)形，即使構(gòu)形上有些改變，例如由于安裝磁極片引起的磁極片相接部分的形狀改變以及由于疊層的方式引每個(gè)磁極片形狀的改變，只要整個(gè)結(jié)構(gòu)包含了大致的梯形或三角形，本發(fā)明的有利效果便不會(huì)減少。
因?yàn)槠鋬?nèi)周面上配置各個(gè)永久磁體的筒形座架的最佳形狀，如下述優(yōu)化實(shí)施例所示，隨每個(gè)永久磁體的磁化方向而改變，所以需根據(jù)永久磁體的形狀來(lái)選擇永久磁體相接面的形狀。
形狀和尺寸還希望限定在這樣范圍內(nèi)，使得由每個(gè)永久磁體產(chǎn)生的磁通量在座架中不被飽和。在工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)中，考慮到可加工性等因素，可行的方法是采用聯(lián)結(jié)許多座架最后使它們形成整體的結(jié)構(gòu)。至于材料，除利用軟磁材料例如純鐵和鐵合金外，利用例如硅鋼片疊層材可以減少在座架中產(chǎn)生的渦流。
根據(jù)需要還可以將磁極片配置在一對(duì)梯形永久磁體的每個(gè)與磁場(chǎng)空間相對(duì)的對(duì)立面上，磁極片可以改善磁場(chǎng)空間中的磁場(chǎng)均勻性。另外，盡管梯形永久磁體包含具有很低電阻并傾向于產(chǎn)生滑流的稀土系永久磁體，但是采用這樣一種結(jié)構(gòu)，即將具有很高電阻的材料例硅鋼片疊層材或軟性鐵氧體至少配置在磁極片的對(duì)著磁場(chǎng)空間的對(duì)立面上，可以降低渦流，因而當(dāng)脈沖電流加在梯度磁場(chǎng)線圈上時(shí)，可以防止磁路中的渦流對(duì)梯度磁場(chǎng)波形產(chǎn)生不需要的影響。
以下根據(jù)

圖1至圖6所示的優(yōu)化實(shí)施例詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的MRI的磁場(chǎng)發(fā)生裝置的操作。每一個(gè)圖是說(shuō)明性的視圖，示出磁場(chǎng)發(fā)生裝置1/4尺寸的垂直或縱向橫截面圖。
在本發(fā)明的MRI磁場(chǎng)發(fā)生裝置中，具有較大最大能量積((BH)max)的稀土系永久磁體配置在間隙長(zhǎng)度大的部位，而具有較小能量積((BH)max)的鐵氧體系的永久磁體配置在間隙長(zhǎng)度短的部位，把每個(gè)永久磁體的磁特性看作是基本的條件。
具體地講，彼此相對(duì)平行配置并在其磁極片表面之間形成預(yù)定間隙的一對(duì)梯形永久磁體由稀土系永久磁體構(gòu)成，而鄰接梯形永久磁體兩側(cè)的三角形永久磁體由鐵氧體系永久磁體構(gòu)成。
另外，在每個(gè)結(jié)構(gòu)中，由稀土系永久磁體構(gòu)成的梯形永久磁體的磁化方向使其與磁場(chǎng)空間中的磁場(chǎng)方向相一致。
圖1是減少到1/4尺度的縱向橫截面圖，示出本發(fā)明的用于MRI的磁場(chǎng)發(fā)生裝置的一個(gè)實(shí)施例。
圖2是減少到1/4尺度的縱向橫載面圖，示出本發(fā)明的用于MRI的磁場(chǎng)發(fā)生裝置的另一個(gè)實(shí)施例。
圖3是減少到1/4尺度的縱向橫截面圖，示出本發(fā)明的用于MRI的磁場(chǎng)發(fā)生裝置的再一個(gè)實(shí)施例。
圖4(A)是減少到1/4尺度的縱向橫截面圖，示出本發(fā)明的用于MRI的磁場(chǎng)發(fā)生裝置的又一個(gè)實(shí)施例，圖4(B)是減少到1/4尺度的說(shuō)明性視圖，示出三角形永久磁體的磁化方向和與磁場(chǎng)空間相對(duì)的對(duì)立面之間的角度關(guān)系。
圖5是減少到1/4尺度的縱向橫截面圖，示出本發(fā)明的用于MRI的磁場(chǎng)發(fā)生裝置的又一個(gè)實(shí)施例。
圖6是減少到1/4尺度的縱向橫截面圖，示出本發(fā)明的用于MRI的磁場(chǎng)發(fā)生裝置的又一個(gè)實(shí)施例。
圖7是透視圖和縱向圖，示出先有技術(shù)中用于MRI的磁場(chǎng)發(fā)生裝置。
圖8是透視圖和縱向圖，示出先有技術(shù)中用于MRI的磁場(chǎng)發(fā)生裝置。
圖9是示意圖，示出本發(fā)明的和先有技術(shù)的用于MRI的磁場(chǎng)發(fā)生裝置之間在磁體結(jié)構(gòu)中磁體體積的差別。
為了更清楚本發(fā)明的特征，在以下的敘述中，將詳細(xì)說(shuō)明在磁場(chǎng)空間的構(gòu)形保持不變以滿足上述結(jié)構(gòu)的情況下各個(gè)永久磁體的配置，磁場(chǎng)空間中心部分的磁場(chǎng)強(qiáng)度可以改變。另外，磁場(chǎng)空間的構(gòu)形被確定為高度(間隙長(zhǎng)度Lg)＝650mm；寬度(W)＝1170，在三角形永久磁體的對(duì)著磁場(chǎng)空間的對(duì)立面與垂直于磁場(chǎng)空間中磁場(chǎng)方向(Y)的方向(X)之間的角度Q＝45(見(jiàn)圖1)。
圖1至圖3所示的結(jié)構(gòu)是這樣的結(jié)構(gòu)，在這種結(jié)構(gòu)中，由鐵氧體系永久磁體構(gòu)成的三角形永久磁體的磁化方向相對(duì)于對(duì)著磁場(chǎng)空間的對(duì)立面成90°角(垂直方向)。圖1示出磁場(chǎng)空間中心部分的磁場(chǎng)強(qiáng)度是0.2T(特斯拉)(2000G(高斯))的結(jié)構(gòu)，圖2示出磁場(chǎng)空間中心部分的磁場(chǎng)強(qiáng)度是0.3T(3000G)的結(jié)構(gòu)，圖3示出在圖2的條件下配置磁極片的結(jié)構(gòu)。
圖1中，1是筒形座架，2a是由稀土系永久磁體構(gòu)成的梯形永久磁體，3a是由鐵氧體系永久磁體構(gòu)成的三角形永久磁體，4是磁場(chǎng)空間。
如前所述，永久磁體2a、3a的磁化方向M1、M2是這樣的方向，即由稀土系永久磁體構(gòu)成的梯形永久磁體2a的磁化方向M1與磁場(chǎng)空間的磁場(chǎng)方向(圖中的方向Y，在所示的實(shí)施例中，每個(gè)永久磁體的磁極面被配置成使磁力線方向朝上，如箭頭Bg所示)一致，由鐵氧體系永久磁體構(gòu)成的三角形永久磁體的磁化方向M2與對(duì)著磁場(chǎng)空間的對(duì)立面成90°角(垂直方向)。
在此實(shí)施例中，梯形永久磁體2a與座架的相接面22a的最遠(yuǎn)端(圖中A點(diǎn))和三角形永久磁體與座架的相接面23a的最遠(yuǎn)端(圖中B點(diǎn))重合。梯形永久磁體2a和三角形永久磁體3a彼此相接，不留縫隙。
在圖2中，編號(hào)1是筒形座架，2a是由稀土系永久磁體構(gòu)成的梯形永久磁體，3a是由鐵氧體系永磁體構(gòu)成的三角形永久磁體，該實(shí)施例中，永久磁體2a、3a的磁化方向與圖1所示實(shí)施例相同。
然而，因?yàn)楹蛨D1的結(jié)構(gòu)相比，在圖2的結(jié)構(gòu)中磁場(chǎng)空間中心部分的磁場(chǎng)強(qiáng)度增加了，所以每種永久磁體2a、3a的體積增加了，而且在三角形永久磁體的與座架相接的相接面和對(duì)著磁場(chǎng)空間的對(duì)立面之間的角度θ1也增加了。
另外，在圖2的結(jié)構(gòu)中，和圖1的結(jié)構(gòu)一樣，梯形永久磁體2a的座架相接面22a的最遠(yuǎn)端(圖中A點(diǎn))與三角形永久磁體3a的座架相接面23a的最遠(yuǎn)端(圖中B點(diǎn))相重合。梯形永久磁體2a和三角形永久磁體3a的鄰接面22b和23b彼此相接，不存在明顯的縫隙。
為了增加磁場(chǎng)空間中心部分的磁場(chǎng)強(qiáng)度，與圖1的結(jié)構(gòu)相比，每種永久磁體2a、3a的體積增加了，在三角形永久磁體的座架相接面23a和對(duì)著磁場(chǎng)空間的對(duì)立面之間的角度θ1增加了。當(dāng)梯形永久磁體2a的座架相接面22a的最遠(yuǎn)端(圖中A點(diǎn))與三角形永久磁體3a的座架相接面3a的最遠(yuǎn)端(圖中B點(diǎn))重合時(shí)可以達(dá)到本發(fā)明的目的。
圖3示出將磁極片5a附加在圖2所示結(jié)構(gòu)上的實(shí)施例，在該實(shí)施例中，梯形永久磁體2a、大體三角形截面的永久磁體3a和筒形座架1三個(gè)的形狀和配置基本上與圖2所示一致。特別的是，使磁極片5a和大體三角形截面的永久磁體3a之間的每個(gè)相接面25a、23c平行于大體三角表永久磁體3a的座架相接面23a，可以最有效地利用配置磁極片的效果。
圖4至圖6示出的結(jié)構(gòu)中，由鐵氧體系永久磁體構(gòu)成的三角形永磁體的極化方向相對(duì)于對(duì)著磁場(chǎng)空間的對(duì)立面所成的角度在小于90°的范圍內(nèi)，相對(duì)于磁場(chǎng)空間的磁場(chǎng)方向所成的角在小于90°角的范圍內(nèi)。圖4所示的結(jié)構(gòu)中，磁場(chǎng)空間的中心部分的磁場(chǎng)強(qiáng)度是0.2T(2000G)，圖5所示的結(jié)構(gòu)中，磁場(chǎng)空間中心部分的磁場(chǎng)強(qiáng)度是0.3T(3000G)，圖6所示的結(jié)構(gòu)是在與圖5相同的條件下配置了磁極片。
圖4中，編號(hào)1是筒形座架，2a是由稀土系永久磁體構(gòu)成的梯形永久磁體，3a是由鐵氧體系永久磁體構(gòu)成的三角形永久磁體，4是磁場(chǎng)空間。
如前所述，永久磁體2a、3a的各個(gè)磁化方向M1、M3是這樣，即由稀土系永磁體構(gòu)成的梯形永磁體2a的磁化方向M1與磁場(chǎng)空間的磁場(chǎng)方向(圖中方向Y)一致，由鐵氧體系永磁體構(gòu)成的三角形磁體3a的磁化方向M3相對(duì)于對(duì)著磁場(chǎng)空間的對(duì)立面所成的角在小于90°的范圍內(nèi)，相對(duì)于磁場(chǎng)空間的磁場(chǎng)方向所成的角在小于90°角的范圍內(nèi)。
下面參照?qǐng)D4(B)具體說(shuō)明由鐵氧體系永磁體構(gòu)成的三角形永磁體3a的磁化方向M3，相對(duì)于對(duì)著磁場(chǎng)空間的對(duì)立面小于90°角的范圍是指圖中從箭頭(c)的方向到箭頭(d)的方向所成角度θ2的范圍，而相對(duì)于磁場(chǎng)空間磁場(chǎng)方向小于90°角的范圍是指圖中在箭頭(a)的方向和箭頭(b)的方向之間的夾角θ3的范圍。
為了達(dá)到本發(fā)明的目的，磁化方向必須在角度θ4的范圍內(nèi)，θ4是圖中在箭頭(c)的方向和箭頭(b)的方向之間的夾角，這一范圍與上述的范圍有部分重疊。在此實(shí)施例中，箭頭(c)所示的狀態(tài)與圖1—3所示的狀態(tài)相同，而箭頭B所示的狀態(tài)不包括在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
在圖4—6所示的結(jié)構(gòu)中，鐵氧體系永磁體的磁化方向M3相對(duì)于對(duì)著磁場(chǎng)空間的對(duì)立面成67.5°角，即相對(duì)于磁場(chǎng)空間的磁場(chǎng)方向也成675°角(圖中θ5＝67.5°)。
在此實(shí)施例中，梯形永磁體2a和三角形永磁體3a的相鄰面22b和23b彼此相對(duì)，其間形成三角形空間6。另外，為了達(dá)到本發(fā)明的目的，梯形永磁體2a的座架相接面22a的最遠(yuǎn)端(圖中A點(diǎn))必須位于一個(gè)交叉位置(圖中C點(diǎn))的外邊，該交叉位置是從三角形永磁體3a的座架相接面23a的最遠(yuǎn)端(圖中B點(diǎn))沿座架相接面23a延伸座架相接面23a，橫穿三角形截面空間6而與梯形永磁體3a的座架相接面22a相交的相交位置。
圖5中示出筒形座架1、由稀土系永磁體構(gòu)成的梯形永磁體2a和由鐵氧體系永磁體構(gòu)成的三角形永磁體3a。在該圖中，永磁體2a和3a各自的磁化方向M1、M3與圖4所示的結(jié)構(gòu)相同。
然而，因?yàn)榕c圖4所示結(jié)構(gòu)相比，在圖5的結(jié)構(gòu)中，磁場(chǎng)空間中心部分的磁場(chǎng)強(qiáng)度增加了，所以永磁體2a、3a的體積分別增加了，而且在三角形永磁體的座架相接面23a和對(duì)著磁場(chǎng)空間的對(duì)立面之間的角度(θ1)增加了。
另外，和圖4一樣，在圖5的結(jié)構(gòu)中，梯形永磁體2a的座架相接面22a的最遠(yuǎn)端(圖中A點(diǎn))位于一條直線和梯形永磁體2a的座架相接面22a的交點(diǎn)(圖中C點(diǎn)、)的外邊，該直線從三角形永磁體3a的座架相接面23a的最遠(yuǎn)端(圖中B點(diǎn))沿座架相接面23a延伸，橫穿三角形空間6。
另外，為了增加磁場(chǎng)空間中心部分的磁場(chǎng)強(qiáng)度，分別增加了永磁體2a和3a的體積，同時(shí)也增大了在三角形永磁體的座架相接面23a和對(duì)著磁場(chǎng)空間的對(duì)立面之間的角度(θ1)。但是，只在梯形永磁體2a的座架相接面22a的最遠(yuǎn)端(圖中A點(diǎn))位于一條直線和梯形永磁體的座架相接面22a的交點(diǎn)(圖中C點(diǎn))以外時(shí)，才能達(dá)到本發(fā)明的目的，該直線從三角形永磁體3a的座架相接面23a的最遠(yuǎn)端(圖中B點(diǎn))沿座架相接面23a延伸，橫穿空間6。
圖6示出一種結(jié)構(gòu)，在這種結(jié)構(gòu)中，于圖5的結(jié)上增設(shè)了磁極片5a，并且梯形永磁體2a、大體三角形截面的永磁體3a和筒形座架1三者的形狀和配置基本上與圖5所示相同。特別是，使極片5a和大體三角形截面的永磁體3a之間相接面25a、23c平行于大體三角形截面的永磁體3a的座架相接面23a，并使磁極片5a的對(duì)著大體的三角形空間6的對(duì)立面25b平行于對(duì)著大體三角形空間的座架1的對(duì)立面21a，可以最有效地利用配置磁極件的效果。即可以配置磁極片而不干擾磁場(chǎng)中的磁場(chǎng)分布。
在圖4—6中已經(jīng)說(shuō)明三角形永久磁體的鐵氧體系部分的磁化方向M3相對(duì)于磁場(chǎng)空間的磁場(chǎng)方向?yàn)?7.5°角的情況。當(dāng)角度更減小時(shí)，梯形永磁體2a的座架相接面22a的最遠(yuǎn)端(圖中A點(diǎn))便向內(nèi)移動(dòng)，三角形永磁體3a的座架相接面23a的最遠(yuǎn)點(diǎn)(圖中B點(diǎn))便在沿座架相接面23a延伸的方向移動(dòng)，結(jié)果，在梯形永磁體2a的座架相接面22a上的位置(圖中C點(diǎn))和A點(diǎn)靠近。在磁化方向M3與磁場(chǎng)空間的磁場(chǎng)方向成45°角時(shí)(即與對(duì)著磁場(chǎng)空間的對(duì)立面成90°角)，A點(diǎn)和C點(diǎn)(B點(diǎn))彼此對(duì)準(zhǔn)而不形成三角形空間6。
另外，當(dāng)三角形永磁體的磁化方向M3向磁場(chǎng)空間的磁場(chǎng)強(qiáng)度方向壓縮時(shí)，即相對(duì)于與磁場(chǎng)空間相對(duì)的對(duì)立面超過(guò)90°角時(shí)，可以確信，此時(shí)不能得到要求的MRI磁場(chǎng)發(fā)生裝置，因?yàn)椴荒艿玫骄鶆虻拇艌?chǎng)。
當(dāng)三角形永久磁體的磁化方向M3與磁場(chǎng)空間的磁場(chǎng)方向(圖中Y方向)成90°角時(shí)，A點(diǎn)移向很外側(cè)(基本上為無(wú)限遠(yuǎn))，可以確信此時(shí)不能得到要求MRI磁場(chǎng)發(fā)生裝置。
對(duì)于圖1－6所示的各個(gè)結(jié)構(gòu)，已經(jīng)說(shuō)明設(shè)定角度(θ0)的事例，角度(θ0)是三角形永磁體對(duì)著磁場(chǎng)空間的對(duì)立面和垂直于磁場(chǎng)空間的磁場(chǎng)強(qiáng)方向(Y方向)的方向(X方向)之間的夾角，但是根據(jù)要求的磁場(chǎng)空間尺寸，此角度也可以調(diào)整。根據(jù)本發(fā)明人的實(shí)驗(yàn)可以確認(rèn)，角度(θ0)最好設(shè)定在40°～50°的范圍內(nèi)。另外在如此確定的結(jié)構(gòu)中還可以確認(rèn)，在三角形鐵氧體系永磁體的磁化方向與對(duì)著磁場(chǎng)空間的對(duì)立面成90°角(圖1－3所示的結(jié)構(gòu))的情況下，可以獲得磁效率最高的、價(jià)格低的MRI磁場(chǎng)發(fā)生裝置。
如上所述，本發(fā)明通過(guò)將安裝在MRI磁場(chǎng)發(fā)生裝置上的稀土系永磁體和鐵氧體系永磁體的磁化方向設(shè)置在預(yù)定的范圍內(nèi)(相對(duì)于磁場(chǎng)空間中的磁場(chǎng)方向)和在預(yù)定的條件下配置各種永磁體而提供這樣的供MRI用的磁場(chǎng)發(fā)生裝置，即MRI磁效率高、磁場(chǎng)發(fā)生裝置的尺寸減少并且可以降低成本。
對(duì)于圖1—6所示的本發(fā)明MRI磁場(chǎng)發(fā)生裝置的一個(gè)實(shí)施例和圖7所示先有技術(shù)的MRI磁場(chǎng)發(fā)生裝置，使它們的磁場(chǎng)空間的形狀完全相同，并在各個(gè)磁場(chǎng)空間中心部分的半徑為200mm的球形空間中設(shè)定磁場(chǎng)均勻度為50ppm，然后比較所用的永磁體的質(zhì)量，這樣便可以更加明了本發(fā)明的效果，表中永磁體的質(zhì)量為在縱方向(Z方向)每1m長(zhǎng)度的永磁體質(zhì)量。
如前所述，磁場(chǎng)空間的構(gòu)形是高度(間隙長(zhǎng)度)650mm，寬度(W)1170mm，角度(θ0)45°，角度(θ0)是三角形永磁體的對(duì)著磁場(chǎng)空間的對(duì)立面與X方向之間的夾角，X方向垂直于磁場(chǎng)空間的磁場(chǎng)方向。
另外，所用的稀土系永磁體是Fe—B—Fe系永磁體，它的最大能量積((BH)max)為41.6MGOe，而所用的鐵氧體系永磁體是鐵酸鍶系永磁體，其最大能量積((BH)max)為4MGOe。
從表1可以看出，在本發(fā)明的供MRI用的磁場(chǎng)發(fā)生裝置中，稀土系永磁體的用量減少，尤其是可以確認(rèn)，三角形永磁體的磁化方向相對(duì)于磁場(chǎng)空間的磁場(chǎng)方向所成的角度在小于90°角的范圍內(nèi)；還可以確認(rèn)，當(dāng)使角度更減小并相對(duì)于對(duì)著磁場(chǎng)空間的對(duì)立面設(shè)置在90°角附近時(shí)，效果明顯增加。
表1
注括弧中的數(shù)字表示永磁體總質(zhì)量中的稀土永磁體質(zhì)量表1示出本發(fā)明和先有技術(shù)(比較例子)之間永磁體的質(zhì)量差別。圖9示意示出在磁場(chǎng)空間的磁場(chǎng)強(qiáng)度被設(shè)定為0.3T的情況下永磁體體積的差別，該磁場(chǎng)空間的尺寸與上述磁場(chǎng)空間相同。
即本發(fā)明的圖2所示的永磁體的構(gòu)成用實(shí)線表示(32a是稀土系永磁體，33a是鐵氧體永磁體)，先有技術(shù)的僅用稀土系永磁體的對(duì)應(yīng)于圖7的永磁體的構(gòu)成用虛線表示(32b是稀土系永磁體，33b是稀土系永磁體)，僅用鐵氧體永磁體的先有技術(shù)的永磁體的構(gòu)成用點(diǎn)畫線表示(32c是鐵氧體系永磁體，33c是鐵氧體系永磁體。
從圖9可以看到，本發(fā)明的永磁體構(gòu)成與先有技術(shù)的永磁體(圖中陰影部分)比較沒(méi)有增加尺寸。
按照本發(fā)明，從優(yōu)化實(shí)施例可以看出，與只用稀土系永磁體作磁場(chǎng)發(fā)生源的先有技術(shù)的用于MRI的磁場(chǎng)發(fā)生裝置相比較，配置鐵氧體系永磁體是可行的，并不顯著增加磁場(chǎng)發(fā)生裝置的尺寸，而且整個(gè)永磁體中可以減少稀土系永磁體的用量，因此可以減少整個(gè)MRI磁場(chǎng)發(fā)生裝置的成本。
即本發(fā)明提供了一種供MRI用的磁場(chǎng)發(fā)生裝置，該裝置具有較高的磁效率、尺寸減小，并且成本降低，在該裝置中，由許多永磁體的對(duì)立面包圍的六角形截面的磁場(chǎng)空間由有效配置的永久磁體構(gòu)成，這些永久磁體包括不同的材料，例如具有不同最大能量積((BH)Max)的稀土系永磁體和鐵氧體系永磁體。
權(quán)利要求
1.一種供MRI用的磁場(chǎng)發(fā)生裝置，該裝置包括筒形座架、一對(duì)分別為梯形截面的永磁體和多個(gè)分別為三角形截面的永磁體，上述梯形截面的永磁體彼此相對(duì)并平行地配置在上述筒形座架中，在其各個(gè)磁極面之間形成預(yù)定的間隙，上述三角形截面永磁體鄰接上述梯形截面永磁體的兩側(cè)，在上述裝置中，上述各個(gè)梯形截面永磁體的磁極面和上述各個(gè)三角形截面永磁體的磁極面構(gòu)成磁場(chǎng)空間，該磁場(chǎng)空間在垂直于縱向的方向具有六角形截面，裝置的特征在于，上述各個(gè)梯形截面永磁體包括稀土系永磁體，其磁化方向與磁場(chǎng)空間中的磁場(chǎng)方向一致；上述各個(gè)三角形截面永磁體包含鐵氧體系永磁體，其磁化方向與對(duì)著磁場(chǎng)空間的對(duì)立面成90°角；梯形截面永磁體的與座架相接的相接面的最遠(yuǎn)端和三角形截面永磁體的與座架相接的相接面的最遠(yuǎn)端相重合。
2.一種如權(quán)利要求1所述的供MRI用的磁場(chǎng)發(fā)生裝置，其特征在于，一對(duì)分別為梯形截面的永磁體包括Re—Fe—B系永磁體。
3.一種如權(quán)利要求1所述的供MRI用的磁場(chǎng)發(fā)生裝置，其特征在于，一對(duì)分別為梯形截面的永磁體包括稀土鈷系永磁體。
4.一種如權(quán)利要求1所述的供MRI用的磁場(chǎng)發(fā)生裝置，其特征在于，筒形座架包括由軟磁材料例如純鐵或鐵合金構(gòu)成的主體。
5.一種如權(quán)利要求1所述的供MRI用的磁場(chǎng)發(fā)生裝置，其特征在于，筒形座架包括硅鋼片疊層。
6.一種如權(quán)利要求1所述的供MRI用的磁場(chǎng)發(fā)生裝置，其特征在于，在一對(duì)梯形截面永磁體的對(duì)著磁場(chǎng)空間的對(duì)立面上配置磁極片。
7.一種如權(quán)利要求6所述的供MRI用的磁場(chǎng)發(fā)生裝置，其特征在于，一對(duì)各為梯形截面的永磁體的對(duì)著磁場(chǎng)空間的對(duì)立面包括硅鋼片疊層。
8.一種如權(quán)利要求6所述的供MRI用的磁場(chǎng)發(fā)生裝置，其特征在于，磁極片的對(duì)著磁場(chǎng)空間的對(duì)立面包括軟性鐵磁體，該磁極片配置在一對(duì)梯形截面永磁體的對(duì)著磁場(chǎng)空間的對(duì)立面上。
9.一種如權(quán)利要求1所述的供MRI用的磁場(chǎng)發(fā)生裝置，其特征在于，三角形截面永磁體的對(duì)著磁場(chǎng)空間的對(duì)立面與垂直于磁場(chǎng)空間中磁場(chǎng)方向的方向之間的角度(θ0)在40°～50°角的范圍內(nèi)。
10.一種供MRI用的磁場(chǎng)發(fā)生裝置，該裝置包括筒形座架、一對(duì)分別為梯形截面的永磁體和多個(gè)分別為三角形截面的永磁體，上述梯形截面的永磁體彼此相對(duì)并平行地配置在上述筒形座架中，在其各個(gè)磁極面之間形成預(yù)定的間隙，上述三角形截面永磁體鄰接上述梯形截面永磁體的兩側(cè)，在上述裝置中，上述各個(gè)梯形截面永磁體的磁極面和各個(gè)三角形截面永磁體的磁極面構(gòu)成磁場(chǎng)空間，該磁場(chǎng)空間在垂直于縱向的方向具有六角形截面，該裝置的特征在于，各個(gè)梯形截面永磁體包括稀土系永磁體，其磁化方向與磁場(chǎng)空間的磁場(chǎng)方向相同；各個(gè)三角形截面永磁體包括鐵氧體系永磁體，其磁化方向相對(duì)于對(duì)著磁場(chǎng)空間的對(duì)立面成90°角；在梯形截面永磁體和三角形截面永磁體之間的相鄰部分形成三角形截面的間隙部分；各個(gè)梯形截面永磁體的與座架相接的相接面的最遠(yuǎn)端位于一條直線和梯形截面永磁體的與座架相接的相接面的交點(diǎn)的外邊，該直線從三角形截面永磁體的與座架相接面相的最遠(yuǎn)端延伸，橫穿三角形截面空間。
11.一種如權(quán)利要求10所述的供MRI用的磁場(chǎng)發(fā)生裝置，其特征在于，一對(duì)梯形截面的永磁體包括稀土鈷系永磁體。
12.一種如權(quán)利要求10所述的供MRI用的磁場(chǎng)發(fā)生裝置，其特征在于，一對(duì)梯形截面的永磁體包括Re—Fe—B系永磁體。
13.一種如權(quán)利要求10所述的供MRI用的磁場(chǎng)發(fā)生裝置，其特征在于，筒形座架包括由軟磁材料例如純鐵或鐵合金構(gòu)成的主體。
14.一種如權(quán)利要求10所述的供MRI用的磁場(chǎng)發(fā)生裝置，其特征在于，筒形座架包括硅鋼片疊層。
15.一種如權(quán)利要求10所述的供MRI用的磁場(chǎng)發(fā)生裝置，其特征在于，磁極片配置在一對(duì)梯形截面永磁體的對(duì)著磁場(chǎng)空間的每個(gè)對(duì)立面上。
16.一種如權(quán)利要求15所述的供MRI用的磁場(chǎng)發(fā)生裝置，其特征在于，磁極片的對(duì)著磁場(chǎng)空間的對(duì)立面包括硅鋼片疊層，該磁極片配置在一對(duì)梯形截面永磁體的對(duì)著磁場(chǎng)空間的對(duì)立面上。
17.一種如權(quán)利要求15所述的供MRI用的磁場(chǎng)發(fā)生裝置，其特征在于，磁極片的對(duì)著磁場(chǎng)空間的對(duì)立面包括軟鐵磁體，該磁極片配置在一對(duì)梯形截面永磁體的對(duì)著磁場(chǎng)空間的對(duì)立面上。
18.一種如權(quán)利要求15所述的供MRI用的磁場(chǎng)發(fā)生裝置，其特征在于，三角形截面永磁體的對(duì)著磁場(chǎng)空間的對(duì)立面和垂直于磁場(chǎng)空間的磁場(chǎng)方向的方向之間的夾角在40°～50°的范圍內(nèi)。
全文摘要
用于磁共振成象設(shè)備中的磁場(chǎng)發(fā)生裝置包括筒形座架、一對(duì)梯形截面永磁體和多個(gè)三角形截面永磁體。梯形截面永磁體相對(duì)平行配置在座架中，其磁極面之間形成預(yù)定的間隙。三角形截面永磁體鄰接梯形永磁體的兩側(cè)。在該裝置中，梯形永磁體和三角永磁體的磁極面形成磁場(chǎng)空間，該磁場(chǎng)空間在垂直于縱向的方向?yàn)榱切谓孛?。梯形永磁包括稀土系永磁體，其磁化方向與磁場(chǎng)空間的磁場(chǎng)方向相同。
文檔編號(hào)H01F7/02GK1116311SQ94113420
公開(kāi)日1996年2月7日 申請(qǐng)日期1994年12月26日 優(yōu)先權(quán)日1993年12月27日
發(fā)明者太田公春, 青木雅昭 申請(qǐng)人:住友特殊金屬株式會(huì)社