具有相對永磁體的磁路及調整其磁場的方法
2023-10-04 03:36:14 2
專利名稱：具有相對永磁體的磁路及調整其磁場的方法
技術領域：
本發明涉及具有相對永磁體的磁路以及調整這種磁路磁場的方法。
背景技術：
對於用於核磁共振成像裝置(也稱之為MRI)的使用永磁體的磁場產生器件而言，既定的情況是使用具有由稀土磁體製成的相對永磁體的磁路。如下面所詳述，這種磁體相對型磁路包括永磁體和使磁體的磁通從其中通過的磁軛，並且通常還包括極靴，極靴優選地由軟鐵這樣的軟磁材料製成，它位於永磁體的表面上以在永磁體之間的間隙中產生均勻磁場。通常情況下，磁場的調節是通過在極靴、傾斜的磁場線圈或類似物上提供被稱之為填隙片夾持器(shim holder)的填隙材料的夾持板並且進一步在其上提供如軟磁體或永磁體塊這樣的填隙元件(shim member)而進行。
MRI圖像的清晰度極大地受磁場的均勻性的影響。因此，在生產MRI裝置時，尤其重要地是進行布置以容易獲得均勻的磁場。
此處被包括進來作為參考的日本專利臨時公開H1-164356/1989A、日本專利臨時公開H9-56692/1997A、日本專利H5-87962/1993B以及其它文件教導了一種使用軟磁元件或永磁體調節磁場的方法。例如，日本專利臨時公開H1-164356/1989A公開了一種方法，其中用於磁場調節的多個小永磁體塊由螺釘緊固在固定板上，該緊固板靠近極靴設置。
當使用軟磁元件調節磁場時，就有可能例如通過使用軟磁元件薄板來相對容易地改變軟磁元件的厚度和尺寸，特別是也有可能製備小元件。但是另一方面，更優選地使用永磁體塊而不是軟磁元件來調節磁場，因為通過沿與主磁場相反的方向使用永磁體塊的極性能夠在必要之處可調節地減弱磁場。但是，到現在為止，對磁體塊的尺寸，例如對實際所使用的磁體塊的尺寸都沒有具體規定，精確來講，不清楚應當使用什麼種類的磁體塊，因此就很難對磁場做出精確調節。
發明內容
為了便於用永磁體調節磁場，優選地要製備多個適於磁場調節的永磁體塊。但是傳統上並沒有公開適於調節磁場的永磁體的詳細技術。通常情況下是使用用手可以掌控的尺寸的永磁體塊(數量級為5×10-6Wb的磁體塊)，但是在這種情況下，會發生這樣的問題永磁體塊導致磁場的均勻性發生很大變化，並且很難對磁場進行調節。因此，本發明的目的是展示出用於調節磁場的合適的永磁體塊的條件，以便於調節磁場。
在本發明的一個方面中，提供了一種具有相對永磁體的磁路，包括一對通過間隙相面對的永磁體，該對永磁體被沿厚度方向磁化；磁軛，其與所述永磁體磁耦合，並位於所述永磁體和所述間隙外部；一對極靴，其中的每一個被設置在每一個永磁體的相對表面的間隙側，並且沿相對方向具有邊緣突起；調節性永磁體塊，其具有至多2×10-7Wb的磁通量，並被設置與所述間隙中的磁場發生磁聯繫。優選地，所述調節性永磁體塊具有至少800kA/m的矯頑力。
在本發明的另一個方面中，提供了一種調節具有相對永磁體的磁路的磁場的方法，所述磁路包括一對通過間隙相互面對的永磁體，該對永磁體被沿厚度方向磁化；磁軛，其與所述永磁體磁耦合，並位於所述永磁體和所述間隙外部；一對極靴，其中的每一個被設置在每一個永磁體的相對表面的間隙側，並且沿相對方向具有邊緣突起；所述方法包括步驟提供具有至多2×10-7Wb的磁通量的調節性永磁體塊以便與所述間隙中形成的磁場發生磁聯繫。
如下面所詳細描述的，根據本發明，很容易調節永磁體相對型磁路的磁場。
圖1為根據本發明的實施例的永磁體相對型磁路的示意圖。
具體實施例方式
下面參考附圖描述本發明的實施例。當然，下面描述的實施例並不對本發明構成限制。如上所述，本發明提供了一種永磁體相對型磁路，其中很容易調節該磁路的磁場均勻性，還提供了一種用於調節永磁體相對型磁路的磁場的方法。
圖1顯示了根據本發明的實施例的永磁體相對型磁路的示意圖。圖1隻顯示了永磁體相對型磁路的下面部分，因為永磁體相對型磁路的上面部分和下面部分可以是對稱的。但是，即使上面部分和下面部分不對稱，如果結構相同的話，本發明也適用。如圖1所示，根據本發明的永磁體相對型磁路1包括一對通過間隙而相互對置的永磁體2，其沿厚度方向被磁化；磁軛3，其與所述永磁體磁耦合，並位於所述永磁體之間的所述間隙外部；一對極靴4，其被設置在每一個永磁體的相對表面的間隙側，並且沿相對方向具有邊緣突起。
由於永磁體2可以與傳統的一樣，因此此處省略對其的詳細描述。沿厚度方向磁化的所述永磁體對通過間隙相對，從而在間隙中形成主磁場。特別地，在MRI中使用磁路的情況下，主磁場通常具有至少0.1T的磁場強度。儘管沒有特別的限制，例如鐵氧體磁體或稀土磁體都可以用作永磁體，但是優選地使用具有高能量乘積的Nd-Fe-B基、Sm-Co基、或Sm-Fe-N基稀土燒結磁體，因為這樣會減少所需的磁體量，從而有可能使器件更小。永磁體的形狀例如可以是圓形或方形，並且儘管不是特別的限制，但優選地永磁體具有與極靴一樣的形狀。磁化方向基本上垂直於相對的永磁體的表面(厚度方向)，並且指向相同的方向。特別地，在MRI中使用的磁路中，磁路的用於形成主磁場的永磁體通常被配置而在其中併入具有至少2×10-3Wb的磁通量的塊。
由於磁軛3可以與傳統的一樣，因此此處省略對其的詳細描述。磁軛位於永磁體之間的間隙的外部，並且與永磁體磁耦合。由此，便形成閉合的磁路。對磁軛的形狀沒有特別的限制，它可以是任意形狀，例如它可以是字母C形的，方形的，或者也可以形成為兩個圓柱。更具體一些，一對基本平行的板狀磁軛可以由圓柱狀磁軛支撐，永磁體被設置在板狀磁軛相對的表面上。
由於極靴4可以與傳統的一樣，因此此處省略對其的詳細描述。在相對方向具有邊緣突起的極靴對被設置在每個永磁體的相對表面的間隙側，這可以改善磁路的磁場的均勻性。也就是說，如果在間隙的中心部分按理論方式設置球形或橢球形空間(也稱之為鑑定空間)，磁路的磁場均勻性是根據該鑑定空間中的磁場分布來鑑定的，那麼，在極靴為簡單的圓盤形時，鑑定空間的赤道部分的磁場強度要低於兩極部分的磁場強度。但是，如果極靴被設置了邊緣突起，那麼鑑定空間的赤道部分與邊緣突起之間的物理距離更近，在赤道部分的磁場強度會增加，由此會改善穿越整個鑑定空間的磁場的均勻性。另外，為了進一步改善磁場均勻性，可以在極靴的基底部分的邊緣提供多個比所述邊緣突起臺階小的小突起。
為了在相對的極靴的間隙中產生傾斜的磁場，通常在極靴的間隙側的凹入部分中設置一對傾斜的磁場線圈5。利用該傾斜磁場線圈可以有意識地對極靴間隙中的均勻磁場空間的磁場均勻性進行線性幹擾。假定此時接收到包括非均勻磁場信息的NMR信號，在將該信號轉變為圖像時還可以提供空間信息。
另外，本發明還提供了方便調整磁場的永磁體塊。也就是說，在本發明中，可以通過下述方式來調節磁場設置最大磁通量為2×10-7Wb的調節性永磁體6並使得其與極靴之間的所述間隙中形成的磁場發生磁接觸。如上所述，本發明中使用了永磁體塊，因此本發明比使用軟磁元件的情況要好，因為通過沿與主磁場相反的方向設置永磁體塊，就有可能做出調整以消弱磁場。
此處，調節性永磁體具有至多2×10-7Wb(Vs)的磁通量，優選在1×10-7Wb至1×10-8Wb之間。因此，通過使用具有小磁通量的永磁體塊，磁場可以很順利地進行線性調節。由此，在使用多個調節性永磁體塊時，這些磁體塊所在位置處的磁場可以根據它們的數量來調節。因此，如果製備了多個給定磁通量的永磁體塊，那麼就很容易通過控制調節性永磁體塊的數量來調節所需的磁場。
使用小磁通量的磁體塊調節磁場相當於例如在研磨金屬表面時用更精細的研磨材料能使金屬表面更光滑。但是，就傳統而言，磁體的尺寸應當降低到什麼程度，並沒有清楚地給出標準。因此，關於怎樣製造小磁通量的磁體塊沒有相應的指導，並且也沒能製備出合適的磁體塊。並且，傳統上磁場是通過使用手所能掌控的磁體(對於5×10-6Wb的Nd-Fe-B磁體，3mm×3mm的數量級)來調節的。在這種情況下，因為由單個磁體塊調節的磁通量很大，因此會出現這樣的情況，例如，在需要將磁通量改變1×10-6Wb時，卻將磁通量改變了5倍的該數量，所出現的問題是不能靠簡單地設置單獨一個磁體塊來增加所獲得的均勻性。傳統上，遇到這種情況時，就有必要進行下面的程序，例如在需要改變磁通的地方的整個周圍附添上磁體塊來徹底改變磁通。用這種方式，可以調節磁場，因為如果將磁體塊放置於稍微偏離其預想位置的點處來改變磁通，可以使磁通的變化很小。但是，因為其它點處的磁通量也會由此而變化，因此有必要進行重新測量和重新計算。本發明的發明人發現，為了通過簡單設置磁體塊來調節磁通量，優選地磁體塊具有至多2×10-7Wb的磁通量。如果磁通量比該數字小，那麼磁場均勻性可以改善，但是磁體塊會變得更小，這樣它們就很難用手來掌控也很難生產。
在另一方面，在調節性永磁體塊的最小單位大於2×10-7Wb時，該最小單位，也就是單個調節性永磁體塊所調節的磁場的變化量就會太大，就會出現很難精細調節均勻性的問題。如上所述，在設置傳統上使用的最小單位(5×10-6Wb)的永磁體塊以通過磁場調節來增加空間中某點的磁場時，在有些情況下會使磁場增加的過多，反而惡化了磁場的均勻性。在這種情況下，就必須在其它部分設置更多磁體以相對減弱所希望調節的部分的磁場。但是，根據本發明，這種必要性就不存在，並且可以降低調節性永磁體塊的磁體數量。
此處的重要之處在於最小單位，也就是使得單個調節性永磁體塊的磁通量變小，並且為其設立條件。作為調查研究的結果，本發明的發明人發現如果永磁體型磁路中使用的調節性永磁體塊的磁通量的最小單位為2×10-7Wb或更小，並且優選為1×10-7Wb至1×10-8Wb，那麼這樣的調節性永磁體塊便適於調節磁場。
另外，儘管使用了永磁體，但是當在磁場中使用時，在某些情況下有可能它們會遭受磁路的主磁場所導致的磁性降低。特別地，因為本發明中使用的調節性永磁體具有相對較小的磁通量，因此磁性降低的影響就相當大。因此，本發明的發明人對此點進行了調查研究並且發現，如果永磁體塊的矯頑力優選地至少為800kA/m，並且更優選地為1000kA/m至1200kA/m，磁性降低的問題就不太可能發生。
當調節性永磁體塊的永磁材料的矯頑力小於800kA/m時，會出現下面的情況，其中當沿與磁路的主磁場相反的方向使用磁體時，會由於發生裝置的磁場出現磁性損失的問題，由此造成不能實現所期望的調節。考慮到調節性永磁體塊有可能會觸及磁路的極靴的磁場很強的部分，因此優選地矯頑力為1000kA/m至1200kA/m。
對於調節性永磁體塊，任何已知類型的磁體都可以使用而無特別限制，並且任何已知的方法都可用於它們的生產。例如，可以使用小的燒結磁體，也可以使用其磁性由於受熱或其它因素而被降低的燒結磁體。另外，也有可能使用粘結磁體，也就是由永磁體粉組合上樹脂或類似物製成的磁性被稀釋的磁體。
另外，對於調節性永磁體塊的磁性材料也沒有特別的限制，可以使用任何已知的磁性材料，並且可以用任何已知方法來生產。但是，稀土磁體通常被用作如上所述具有高矯頑力的磁體材料，並且優選地使用被稱之為Sm2Co17基或Nd2Fe14B基稀土磁體的稀土磁體。
另外，對於調節性永磁體塊的形狀沒有特別的限制，它們可以是稜柱形(例如立方體和長方體)、圓柱形或球形，具體是根據使用目的進行適當選擇。另外，調節性永磁體塊可以是例如下面這樣的永磁體塊燒結磁體被固定不動地埋入非磁性材料如塑料、樹脂、橡膠或玻璃、黃銅或鋁製成的殼中。這種情況被優選是因為即使磁體塊很小，也可以通過使殼體足夠大而能用手操作而使得調節性永磁體塊能用手掌控。這是因為當製造磁通量為2×10-7Wb或更小的燒結磁體塊，通常不可避免的是它們的尺寸為1mm或更小，因此很難用手掌控。
為了用調節性永磁體塊調節磁路的磁場，有必要設置調節性永磁體塊以使其與在極靴之間的間隙中形成的磁場(也稱之為主磁場)發生磁性接觸。此處，與主磁場磁性接觸表示這樣一種條件永磁體塊能夠實質上影響主磁場，以便能夠調節例如主磁場的尺度或方向。
儘管不是特別限定，但是具體而言，優選地將調節性永磁體塊設置在例如極靴4或傾斜的磁場線圈5之上，即位於極靴4和傾斜的磁場線圈5之間的位置或位於傾斜的磁場線圈5的間隙側的表面上。另外，也有可能提供夾持元件(未示出)以夾持調節性永磁體塊並將磁體塊置於其上。在這種情況下，夾持板可以被設置在任何合適的位置，例如形成磁路的主磁場的永磁體和極靴之間，極靴和傾斜的磁場線圈之間，或者傾斜的磁場線圈的間隙側的表面上。夾持元件可為任意形狀，例如板形或棒形。另外，沒有必要使得調節性永磁體的位置相對於鑑定空間垂直，也就是位於永磁體2的側面上，其也可以相對於鑑定空間的側面設置(未示出)。
對於調節性永磁體與極靴、傾斜的磁場線圈或固定板或其它類似部件的連接沒有特別的限制，可以以任何已知的方法進行連接。例如，調節性永磁體可以用合適的粘合劑來連接，或者也可以用螺釘來對其進行固定。
可以通過提供至少一塊，優選地是提供多塊這樣的調節性永磁體塊來對磁場進行有利地調節。儘管不是特別的限制，但是優選地，如果提供了多個調節性永磁體塊，則它們的磁通量要相同。如上所述，在本發明中，通過使用具有小磁通量的永磁體塊可以對磁場進行很好的線性調節，可以使用多個調節性永磁體塊以便它們所在位置處的磁場能夠根據磁體塊的數量而增加。
因此，根據本發明，利用如上所述的調節性永磁體塊可以很容易地調節磁場，另外，如上所述的調節性永磁體塊即使在反方向也可以可靠地使用。磁場的調節，即調節性永磁體塊的位置和數量的確定可以與傳統方式相同，另外，儘管不是特別的限制，但是優選地，要藉助於計算機來對磁場進行系統調節。對於藉助於計算機的調節，可能會使用諸如數學程序、線性程序和7平面法(7-plane method)等方法。在這些方法中，線性程序適於本發明磁場的調節，因為用線性程序以相對小的計算量可以獲得最佳結果，前提是在初始值與目標值之間的差異不大的情況下(例如，兩個數量級的差異)。
實施例如下參照附圖對本發明的一個工作實例進行描述。自然地，下面所描述的工作實例並不對本發明構成限制。
在當前的工作實例中，為具有相對永磁體的MRI磁路提供0.2T的磁場強度和400mm的傾斜磁場線圈之間的垂直間隙。利用這樣的磁路，鑑定空間被設置為具有350mm直徑大小的區域，由此對磁場進行調節。
對於調節性永磁體塊(填隙磁體(shim magnets))，將剩餘磁通密度為1.3T、矯頑力為1200kA/m的Nd2Fe14B磁體切割成小磁體塊並將其嵌入能夠用手來掌控的塑料塊中來使用。為了測量均勻性，利用NMR特斯拉計(tesla meter)測量350mm直徑球體表面上的134個點處的磁場強度，均勻性被定義為最大值與最小值之間的差。表1顯示了單個調節性永磁體塊的磁通量與所達到的磁場均勻性之間的關係。
表1
在磁場強度為0.2T的MRI中，可以看出由於通常需要不超過30ppm的均勻性，所以最小磁通單位應為2×10-7Wb。另外，如使用矯頑力為240kA/m(2×10-7Wb)的鐵氧體磁體，當其觸及MRI的極靴時其磁性會丟失，因此不能使用。
從上述內容可以清楚地看到，本發明通過使用適於磁場調節的最小單位的調節性磁體塊減小了磁體量並改善了磁場均勻性。
應當意識到，前面所公開的內容只強調了本發明的某些特定的實施例，所有對其進行的等效修改或變更都在所附的權利要求書限定的本發明的精神和範圍之內。
權利要求
1.一種具有相對永磁體的磁路，包括一對通過間隙相面對的永磁體，該對永磁體被沿厚度方向磁化；磁軛，其與所述永磁體磁耦合，並位於所述永磁體和所述間隙外部；一對極靴，其中的每一個被設置在每一個永磁體的相對表面的間隙側，並且沿相對方向具有邊緣突起；調節性永磁體塊，其具有至多2×10-7Wb的磁通量，並被設置以與所述間隙中形成的磁場磁聯繫。
2.如權利要求1所述的具有相對永磁體的磁路，其中所述調節性永磁體塊具有至少800kA/m的矯頑力。
3.一種調節具有相對永磁體的磁路的磁場的方法，所述磁路包括一對通過間隙相面對的永磁體，該對永磁體被沿厚度方向磁化；磁軛，其與所述永磁體磁耦合，並位於所述永磁體和所述間隙外部；一對極靴，其中的每一個被設置在每一個永磁體的相對表面的間隙側，並且沿相對方向具有邊緣突起，所述方法包括步驟提供具有至多2×10-7Wb的磁通量的調節性永磁體塊以便與所述間隙中形成的磁場發生磁聯繫。
全文摘要
本發明的目的是方便磁場的調節，為此目的提供了一種具有相對永磁體的磁路，包括一對通過間隙相面對的永磁體，該對永磁體被沿厚度方向磁化；磁軛，其與所述永磁體磁耦合，並位於所述永磁體和所述間隙外部；一對極靴，其中的每一個被設置在每一個永磁體的相對表面的間隙側，並且沿相對方向具有邊緣突起；調節性永磁體塊，其具有至多2×10
文檔編號G01R33/38GK1627094SQ200410100080
公開日2005年6月15日 申請日期2004年12月10日 優先權日2003年12月10日
發明者土井祐仁, 宮田浩二, 樋口大 申請人:信越化學工業株式會社