測量磁性材料磁感應強度對溫度變化特性的方法及裝置的製作方法

2023-10-05 00:47:59

專利名稱：測量磁性材料磁感應強度對溫度變化特性的方法及裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及物理科學，特別涉及核磁共振領域，具體的講是測量磁性材料磁感應強度對 溫度變化特性的方法及裝置。
背景技術：
現有技術中測量磁材料的溫度參數一般釆用提拉法，即在設定溫度下提拉測試線圈，被 測樣品放在測試線圈中石英管內，通過提拉測試線圈的方式檢測出並記錄下該磁樣品在該溫 度下的磁性能。該測量裝置的主要缺點是每次提拉測試線圈均為手工操作，而每個樣品的測 量精確度又取決於操作者每次手工提拉測量線圈的速度，如提拉速度誤差較大，則測量精度 偏差就較大，因此造成該測量裝置的人為操作誤差難以克服的缺點。再有該測量裝置每次僅 能測試一個磁體樣品(由於人工提拉的限制)，採用該測量裝置在檢測中，對人力，物力和時 間的浪費較嚴重。另外該檢測裝置還存在有設備易損壞，每次檢測結果的重複性差等缺點。
中國實用新型專利申請號為"98241658. X"，申請日為1998年10月22日，發明名稱為
"永磁體的溫度參數測量裝置"，該申請公開了一種在磁屏蔽罩內臺架上裝有加熱爐體，爐體 內裝有樣品室和樣品，爐體外套有冷卻套，爐體蓋有保溫罩，臺架上還裝有探頭支架和探頭， 探測頭與磁強計、繪圖儀是串聯相接，熱電偶與繪圖儀相接。但是該裝置結構比較複雜，需 要特殊的裝置對磁體樣品進行溫度參數的測量，成本比較高。
非晶合金等磁性材料一般在現有的磁共振成像(MRI)系統中被用於實現均勻的背景磁 場的目的。但是目前市場中的非晶合金等磁性材料的提供者一般都不提供其產品的溫度參數， 為了 MRI系統的磁體設計和估計該磁共振系統的穩定性，獲知相關磁性材料的溫度參數是必 需的。
對於一些生產製造MRI系統的廠商來說，獲得其產品永磁體或者鐵磁性磁體溫度參數是 很重要的，但是為了獲得磁體的溫度參數而另外購進設備又會造成成本的提高，而且測量結 果又不是很準確。

發明內容
為了解決以上問題，本發明的目的在於提供一種測量磁性材料磁感應強度對溫度變化特 性的方法及裝置，利用現有的MRI系統準確測量磁性材料的溫度參數。
一種測量磁性材料磁感應強度對溫度變化特性的方法，包括
一探頭置於磁共振系統有效磁場範圍內的任意一點A,測量該點磁共振信號並由磁共振 系統的處理單元計算該點背景磁感應強度B。；
將一待測磁性材料設置在所述A點，磁共振系統的溫度控制單元控制一加熱單元對所述 待測磁性材料進行加溫，利用一溫度傳感器採集所述待測磁性材料的溫度，並利用所述探頭 測量出磁共振信息，所述磁共振系統的處理單元根據該信息計算出所述A點待測磁性材料在 不同溫度下對應的磁感應強度；
將上述每個磁感應強度減去所述背景磁感應強度B。，得到所述待測磁性材料在每個溫度 下其自身的磁感應強度，從而得到該待測磁性材料的磁感應強度對溫度變化的特性。
所述探頭由發射接收線圈和其中一樣品探測球構成，由所述發射接收線圈向所述探測球 發射射頻脈衝序列，激發所述探測球產生磁共振信號，接收該信號並反饋回磁共振系統的處 理單元，由其計算出所述探測球處的磁感應強度。
所述樣品探測球含氫元素或者碳元素。
所述磁共振系統的溫度控制單元控制所述加熱單元和所述溫度傳感器的步驟包括如果 所述溫度傳感器採集的所述待測磁性材料的當前溫度低於一預設溫度，則該溫度控制單元控 制所述加熱單元以額定功率向所述待測磁性材料加熱；如果所述溫度傳感器採集的所述待測 磁性材料的當前溫度高於該預設溫度，則該溫度控制單元控制所述加熱單元以比額定功率小 的預先設定功率向所述待測磁性材料加熱。
所述加熱單元採用熱傳導方式、熱輻射方式或其結合的方式向所述待測磁性材料加熱。
一種測量磁性材料磁感應強度對溫度變化特性的裝置，包括-
在磁共振系統有效磁場內放置待測磁性材料；
溫度傳感器，採集所述待測磁性材料的溫度；
加熱單元，對上述待測磁性材料進行加溫；
溫度控制單元，接收上述溫度傳感器的信號，並控制所述加熱單元對所述待測磁性材料 進行加熱；
探頭，探測所述有效磁場內某一點的磁感應強度；
磁共振系統的處理單元，接收所述探頭測量出的磁共振信號，並計算出該點的磁感應強
度信息。
所述探頭由發射接收線圈和其中一樣品探測球構成，由所述發射接收線圈向所述探測球 發射射頻脈衝序列，激發所述探測球產生磁共振信號，所述發射接收線圈接收該信號，並反
饋回上述磁共振系統的處理單元，由其計算出所述探測球處的磁感應強度。 所述樣品探測球含氫元素或者碳元素。
所述溫度控制單元是指磁共振系統的溫度控制單元或者獨立於所述磁共振系統的溫度 控制單元。
所述待測磁性材料位於所述加熱單元之上，所述探頭位於所述待測磁性材料之上。 還包括一固定裝置，用於承載所述加熱單元以及所述待測磁性材料。 所述溫度傳感器與所述待測磁性材料緊密相連。
本發明的有益效果在於，利用現有的MRI系統進行磁性材料溫度參數的測量，節省成本，
並且準確率更高。


圖l為本發明方法流程圖； 圖2為本發明裝置示意圖； 圖3為本發明探頭的一種實施例示意圖。
具體實施例方式
下面，結合附圖對於本發明進行如下詳細說明。 如圖1所示，為本發明方法流程圖。
一探頭置於磁共振系統有效磁場範圍內的任意一點A，測量該點磁共振信號並由磁共振 系統的處理單元計算該點背景磁感應強度B。。
該探頭為一個中心是含氫元素小球f的線圈g，由於MRI系統對人體組織的共振信號作 了優化，所以該小球f優選的使用矽膠材料，類似於人體組織的物質，或者採用碳元素材料 製作探測球，利用磁共振系統對碳元素的測量特性獲得該探測球處的磁共振信號；該探頭被 連入磁共振系統，磁共振系統的處理單元控制線圈g發出射頻脈衝，該線圈g為一個現有MRI 系統中普通的發射接收線圈，該脈衝激發矽膠小球f產生磁共振信號，線圈g接收該信號並 送入磁共振系統分析出該信號的共振頻率f。，並通過B。=2:if /Y(Y為氫元素的磁旋比， Y=2.68xl08md/( s*T)， rad單位為弧度，s單位為秒，T單位為特斯拉)計算出A點當前的 背景磁場的磁感應強度B。。
將一待測磁性材料設置在所述A點，磁共振系統的溫度控制單元控制一加熱單元對所述 待測磁性材料進行加溫，利用一溫度傳感器採集所述待測磁性材料的溫度，並利用所述探頭
測量出磁共振信息，所述磁共振系統的處理單元根據該信息計算出所述A點待測磁性材料在 不同溫度下對應的磁感應強度。
將待測磁性材料，加熱單元和一個非磁性重物(基座)固定在一起，將加熱單元與待測 磁性材料緊密相連利用熱傳導對該待測磁性材料加熱，或者將加熱單元與待測磁性材料空間 相連，利用熱輻射對待側磁性材料加熱；將溫度傳感器固定在待測磁性材料上，加熱單元和 溫度傳感器分別連到磁共振系統的溫度控制單元的電源輸出口和溫度採集口上。將待測磁性 材料，加熱單元和非磁性重物放入磁共振成像區域的A點，確保待測磁性材料儘量接近A點； 當沒有可用的磁共振系統溫度控制單元的接口，可以使用外加的溫度控制單元，與加熱單元 和溫度傳感器相連接，通過一定的算法，比如比例積分微分(PID)控制，調節加熱電流輸出， 從而控制加熱單元的溫度。
由溫度控制單元控制所述加熱單元將所述待測磁性材料加溫至某一預設溫度T,;
測得待測磁性材料在溫度T,時A點的磁共振信號並計算該點磁感應強度B1;
將待測磁性材料加熱至T2;
測得待測磁性材料在溫度L時A點的磁共振信號並計算該點磁感應強度B2; 將待測磁性材料加熱至T3， TV**Tn，並分別測得在溫度T3， T,…i;時A點對應的磁共振信號 並計算磁感應強度B3, Br"B 。
將上述每個磁感應強度減去所述背景磁感應強度B。，得到所述待測磁性材料在每個溫度 下其自身的磁感應強度(不包括背景磁場的磁感應強度)，從而得到該待測磁性材料的磁感應 強度對溫度變化的特性。
繪製一溫度T和A點磁感應強度B的曲線，因為A點與待測磁性材料非常接近，所以可 以通過這條曲線得到這個鐵磁性材料在背景磁場B。下隨溫度的變化數據。
當然，也可以先測量待測磁性材料在不同溫度下的磁感應強度，再將該待測磁性材料從 MRI有效磁場中取出，測量背景磁感應強度，然後計算該待測磁性材料其自身的磁感應強度，
最後得到該待測磁性材料磁感應強度隨溫度變化的特性曲線。
如圖2所示為本發明裝置示意圖。在現有的MRI系統中，在MRI有效成像範圍A點的正
下方設置一固定裝置b，該固定裝置位於病床a上，用於固定待測的磁性材料e，在本例中為
鐵磁性材料；在該固定裝置上設置一加熱單元c，該加熱單元優選結構簡單的金屬塊，用於
給待測的鐵磁性材料加溫，或維持溫度，為了減小磁場的幹擾，以使測量的溫度參數更加準
確，該加熱金屬塊可以使用無磁性的金屬材料，比如鋁，加熱單元與待測鐵磁性材料緊密接
觸或者空間離開一定距離，這裡不限制接觸方式，可以上下形式的緊貼於待測材料，也可以是將待測材料置於加熱單元中間，加熱單元形成半包圍的形式給待測材料加熱，或者採用熱 輻射的方式給待測磁性材料加熱，主要目的就是為了能夠使熱量、溫度儘量少的損失；溫度 傳感器d，與待測鐵磁性材料緊密相連，用於實時返回待測材料的溫度；溫度控制單元，與 溫度傳感器d和加熱單元c相連接，用於接收溫度傳感器d的溫度測量信息，控制加熱單元 c的加熱，該溫度控制單元可以使用現在MRI系統中的溫度控制單元，也可以使用MRI系統 外的外加溫度控制單元；探頭，包括發射接收線圈g和其內部的一個矽膠小球f (如圖3所 示)，該發射接收線圈與MRI系統的局部線圈(local coil)接口相連接，在該線圈中心包 圍著一個矽膠小球f，通過線圈發射RF信號激發矽膠小球產生磁共振信號，然後用該線圈接 收這個信號，並送到磁共振系統中處理分析，可以計算出小球的共振頻率，通過這個頻率可 以計算出矽膠小球範圍內的平均磁場B，這個探頭與待測磁性材料的測量點相接觸，所以計 算出該探頭的磁感應強度B也就獲得了該待測磁性材料的磁感應強度。因為很多磁性材料在 磁場中激發產生的磁場空間均勻性較差，常用的磁場測量裝置(比如高斯計)往往無法測量， 因為高斯計的探頭相對較大，對於磁場中某一點的磁感應強度測量不夠準確，但本發明中的 探頭可以做得很小，在探頭範圍內磁場的均勻性可以相對較好，所以可以對磁場中的某一點 進行準確測量。在現在的磁共振系統上有一種用來測量磁場的裝置叫做勻場線圈組(shim array)，該勻場線圈組是多個探頭均勻分布在一個圓弧或半圓弧上，同時測量多點磁場，主 要是用於磁共振系統均勻磁場的調試。本發明中只需採用一個探頭，可直接取用勻場線圈中 的一個探頭，也可根據需要仿照勻場線圈組自製體積更小的線圈，因為測量到的磁場是矽膠 小球體積內的磁場的平均值，當小球足夠小的時候，就可以實現"點測量"。磁共振系統處 理單元是用來控制線圈的射頻脈衝和信號採集(發射和接收)，這裡是直接用磁共振系統， 只需要將探頭(包著矽膠球的線圈)連接到磁共振系統上原來連接局部線圈(local coil)' 的接頭上就可以直接使用。
以上的待測磁體，加熱單元，溫度傳感器和探頭可以為一個或一個以上，可以同時測量 多個磁體的溫度參數。
溫度傳感器貼在待測磁性材料上，傳感器的輸出線連接到磁共振系統的溫度控制單元 上，溫度控制單元根據溫度傳感器測得的當前溫度計算出合適的輸出電壓、電流輸出到加熱 單元上。優選的溫度控制單元進行以下步驟它根據溫度傳感器測量的待測磁性材料當前溫 度和設置的一預定溫度，計算出目前最合適的電流輸出到加熱單元上，比如目前的溫度還沒 有到達預定溫度(例如IO攝氏度)，會輸出額定功率用於加熱，如果樣品目前的溫度已經高 於預定溫度(例如10攝氏度)，就需要減小輸出功率，比如為額定功率的10%，來防止過衝 (溫度超出目標溫度很多)。當溫度在目標溫度已經比較穩定的時候，就需要動態的隨時改變輸出電流，使加熱單元加熱的熱量和待測磁性材料因為和環境溫度差異損失的熱量相等來
維持溫度穩定在目標溫度上。
在所有的永磁磁共振系統上都有溫度控制單元，主要是為了控制系統在運行過程中的溫
度，當溫度超出規定值時會對磁體產生影響。只需要另外加一個溫度傳感器和加熱單元到待
測磁性材料上，另一端連到磁共振系統的溫度控制單元上，就可以直接控制溫度。如果磁共
振系統的溫度控制單元輸出通道已經全部用完，也可以外接一個同樣的溫度控制單元，對待
測磁性材料的溫度進行控制，以測量該磁性材料溫度與磁感應強度的關係。
本發明的有益效果在於，能夠通過MRI系統方便、準確地獲得鐵磁性材料溫度參數，提
供了MRI系統另一種用途，並且本發明及裝置簡單、成本低廉。
以上具體實施方式
僅用於說明本發明，而非用於限定本發明。
權利要求
1.一種測量磁性材料磁感應強度對溫度變化特性的方法，其特徵在於包括一探頭置於磁共振系統有效磁場範圍內的任意一點A，測量該點磁共振信號並由磁共振系統的處理單元計算該點背景磁感應強度B0；將一待測磁性材料設置在所述A點，磁共振系統的溫度控制單元控制一加熱單元對所述待測磁性材料進行加溫，利用一溫度傳感器採集所述待測磁性材料的溫度，並利用所述探頭測量出磁共振信息，所述磁共振系統的處理單元根據該信息計算出所述A點待測磁性材料在不同溫度下對應的磁感應強度；將上述每個磁感應強度減去所述背景磁感應強度B0，得到所述待測磁性材料在每個溫度下其自身的磁感應強度，從而得到該待測磁性材料的磁感應強度對溫度變化的特性。
2. 根據權利要求1所述的一種測量磁性材料磁感應強度對溫度變化特性的方法，其特 徵在於所述探頭由發射接收線圈和其中一樣品探測球構成，由所述發射接收線圈向所述探測 球發射射頻脈衝序列，激發所述探測球產生磁共振信號，接收該信號並反饋回磁共振系統的 處理單元，由其計算出所述探測球處的磁感應強度。
3. 根據權利要求2所述的一種測量磁性材料磁感應強度對溫度變化特性的方法，其特 徵在於所述樣品探測球含氫元素或者碳元素。
4. 根據權利要求1所述的一種測量磁性材料磁感應強度對溫度變化特性的方法，其特 徵在於所述磁共振系統的溫度控制單元控制所述加熱單元和所述溫度傳感器的步驟包括如 果所述溫度傳感器採集的所述待測磁性材料的當前溫度低於一預設溫度，則該溫度控制單元 控制所述加熱單元以額定功率向所述待測磁性材料加熱；如果所述溫度傳感器採集的所述待 測磁性材料的當前溫度高於該預設溫度，則該溫度控制單元控制所述加熱單元以比額定功率 小的預先設定功率向所述待測磁性材料加熱。
5. 根據權利要求1所述的一種測量磁性材料磁感應強度對溫度變化特性的方法，其特 徵在於所述加熱單元採用熱傳導方式、熱輻射方式或其結合的方式向所述待測磁性材料加熱。
6. —種測量磁性材料磁感應強度對溫度變化特性的裝置，其特徵在於包括 在磁共振系統有效磁場內放置待測磁性材料；溫度傳感器，採集所述待測磁性材料的溫度； 加熱單元，對上述待測磁性材料進行加溫；溫度控制單元，接收上述溫度傳感器的信號，並控制所述加熱單元對所述待測磁性材料 進行加熱； 探頭，探測所述有效磁場內某一點的磁感應強度；磁共振系統的處理單元，接收所述探頭測量出的磁共振信號，並計算出該點的磁感應強度信息。
7. 根據權利要求6所述的一種測量磁性材料磁感應強度對溫度變化特性的裝置，其特 徵在於所述探頭由發射接收線圈和其中一樣品探測球構成，由所述發射接收線圈向所述探測 球發射射頻脈衝序列，激發所述探測球產生磁共振信號，所述發射接收線圈接收該信號，並 反饋回上述磁共振系統的處理單元，由其計算出所述探測球處的磁感應強度。
8. 根據權利要求7所述的一種測量磁性材料磁感應強度對溫度變化特性的裝置，其特 徵在於所述樣品探測球含氫元素或者碳元素。
9. 根據權利要求6所述的一種測量磁性材料磁感應強度對溫度變化特性的裝置，其特 徵在於所述溫度控制單元是指磁共振系統的溫度控制單元或者獨立於所述磁共振系統的溫度 控制單元。
10. 根據權利要求6所述的一種測量磁性材料磁感應強度對溫度變化特性的裝置，其特 徵在於所述待測磁性材料位於所述加熱單元之上，所述探頭位於所述待測磁性材料之上。
11. 根據權利要求6所述的一種測量磁性材料磁感應強度對溫度變化特性的裝置，其特 徵在於還包括一固定裝置，用於承載所述加熱單元以及所述待測磁性材料。
12. 根據權利要求6所述的一種測量磁性材料磁感應強度對溫度變化特性的裝置，其特 徵在於所述溫度傳感器與所述待測磁性材料緊密相連。
全文摘要
本發明涉及磁共振領域，為了檢測磁性材料溫度參數，本發明提供了一種測量磁性材料磁感應強度對溫度變化特性的方法及裝置，本發明方法包括在磁共振裝置的有效成像範圍內的任意一點A設置探頭；在A點設置待測磁性材料，將其與加熱單元緊密接觸，並將一溫度傳感器緊貼於待測磁性材料；由溫度控制單元根據溫度傳感器採集的信息調節和控制加熱單元對待測磁性材料進行加溫；磁共振系統的處理單元實時控制A點探頭並接收該磁共振信號送入磁共振系統處理單元，經系統分析後獲得A點的磁感應強度；通過測量待測磁性材料在不同溫度下A點的磁感應強度，計算待測磁性材料的溫度參數。本發明有益效果在於，能夠利用磁共振系統方便的測量磁性材料溫度參數，並且節省成本。
文檔編號G01N25/00GK101109720SQ20061008882
公開日2008年1月23日 申請日期2006年7月19日 優先權日2006年7月19日
發明者朱紅毅 申請人:西門子(中國)有限公司