專利名稱：磁場產生設備以及對其進行填墊的方法
技術領域：
本發明公開一般涉及一種磁場產生設備以及對其進行填墊的方法，尤其是涉及一種供核磁共振成像(MRI)之用的磁場產生設備。
背景技術：
使諸如人體組織這樣的物質在Z方向上受到均勻磁場(極化場)B0不僅會導致組織中的自旋的單獨磁矩，這些磁距希圖使其自己與極化場排列成行，并且會導致按隨機順序以其特征拉莫爾頻率圍繞B0場的磁距進動。如果該物質或者組織在靠近拉莫爾頻率的x-y平面上受到橫向磁場(激發場)B1，那么網狀排列矩或者縱向磁化Mz在x-y平面中旋轉或者傾入到x-y平面中以產生網狀橫向磁矩Mt。在激勵信號B1結束之后，通過使所接收到且所處理的受激自旋松弛而發射出信號以形成圖像。當利用這些所發射的信號(核磁共振，NMR信號)以產生圖像時，那么采用磁場梯度(Gx、Gy、以及Gz)。典型地，通過測量周期的順序來掃描待成像的區域，在所述測量周期中，該梯度根據所使用的特定定位法而變化。對所接收到的NMR信號的最終集合進行數字化并對其進行處理以利用多種重建技術之一來重建該圖像。
對于有用成像而言，在磁共振組件中所使用的MRI磁鐵不僅需要密集的均勻磁場，其典型地小于典型為30-50厘米(cm)球形容積之內的磁場變動的10ppm(百萬分之…)，并且還需要準確的中心磁場值，其典型地小于0.5％變化。在MRI中所使用的其他磁鐵包括具有實質上更小的視場(FOV)的極端磁鐵。磁鐵所制造的磁場經常受到材料性質的偏差以及制造過程的容差的影響，這會導致從數百至數千ppm磁場變動的極不均勻場，并且會導致遠離期望值的不準確的中心磁場。為了獲得像容積中的中心磁場的期望準確度以及磁場的希望均勻性以用于有用成像，那么必須對中心磁場進行調節并且使場的不均勻性降低到所期望的值。對于不存在極面的永久磁鐵(PM)設計而言，也就是說，PM缺乏具有移動局部場線方向的功能的表面，那么為了保持用于對B0場及均勻性進行調節的PM墊片而典型地采用墊片保持架。使用墊片保持架是很昂貴的、不便的、并且空間效率低，由此高成本地耗用了寶貴的容忍間隙。
因此，MRI技術中需要可克服這些缺點的磁場產生設備以及對其進行填墊的方法。
發明內容
本發明的實施例包括具有永久磁鐵排列的磁場產生設備，每個永久磁鐵(PM)具有北端和南端，并且每個永久磁鐵在相同的南北方向上排列成行。將PM排列配置成在北極端具有一表面、在南極端具有一表面、或者在兩端均具有一表面。鐵磁材料層牢固地安置在PM的表面之一上，該層具有等于或小于大約15毫米的厚度。
本發明的實施例進一步包括具有PM的磁場產生設備，所述PM具有北極端和南極端以及位于北極端、南極端、或者這兩端上的表面。鐵磁材料層牢固地安置在PM的一個表面上，該層具有等于或小于大約15毫米的厚度。
本發明的實施例還包括具有PM的磁場產生設備，所述PM具有北極端和南極端以及位于北極端、南極端、或者這兩端上的表面。具有多個凹處的非鐵磁性墊板牢固地安置在PM的表面上。鐵磁材料的過渡層牢固地安置在墊板的一個或多個凹處上。PM墊片安置在該層相對于PM的對邊上，該層具有等于或者小于大約15毫米的厚度。
本發明的實施例進一步包括用于對磁場產生設備進行填墊的方法。將多個PM放在適當位置以形成排列，每個PM具有北端和南端，并且每個永久磁鐵在相同的南北方向上排列成行，將這多個PM放在適當的位置以使其在PM排列的北極端具有一表面、在PM排列的南極端具有一表面、或者在PM排列的這兩端均具有一表面。將具有鐵磁材料的層牢固地安置在PM排列的表面之一上，該層具有等于或小于大約15毫米的厚度。
本發明的實施例包括用于對磁場產生設備進行填墊的另一方法。將多個PM放在適當位置以形成排列，每個PM具有北端和南端，并且每個永久磁鐵在相同的南北方向上排列成行，將這多個PM放在適當的位置以使其在PM排列的北極端具有一表面、在PM排列的南極端具有一表面、或者在PM排列的這兩端均具有一表面。形成墊片組件使其具有牢固安置在PM墊片極面上的鐵磁材料層。該墊片組件牢固地位于PM排列的表面上，墊片組件的層緊接于PM排列的表面。該層具有等于或小于大約15毫米的厚度。
參考示例性附圖，其中在附圖中對相似的元件進行相同的編號圖1給出了根據本發明實施例所使用的磁鐵組件；圖2給出了根據發明實施例的磁場產生設備的示例性填墊排列的一部分；圖3給出了圖2設備的示例性的一部分；圖4和5給出了圖2設備的其他示例性部分；圖6給出了根據本發明實施例的磁場產生設備的可替換填墊排列；圖7給出了用于對圖2的設備進行填墊的示例性方法；以及圖8給出了圖7的可替換方法。
對發明的詳細說明本發明的實施例提供了一種供核磁共振成像(MRI)之用的磁場產生設備。該設備的實施例包括永久磁鐵(PM)塊的排列，該永久磁鐵(PM)塊具有安置在PM排列的一個或多個端上的薄過渡層；以及一個或多個位于過渡層之上的鐵磁性或永久磁鐵墊片，用于對合成B0磁場以及磁場均勻性進行控制。雖然這里所描述實施例將多個PM塊的排列描繪成永久磁鐵的示例性排列，但是應該明白的是，所公開的發明還適用于諸如小的極端永久磁鐵這樣的其他永久磁鐵結構。
圖1是MRI磁鐵組件10中使用的示例性實施例，該MRI磁鐵組件10具有軛狀物15、連接柱20、上PM排列25、下PM排列30、以及由鐵質材料所制成的中間基板35。在示例性實施例中，并且如圖1所示，上、下PM排列25，30包括多個PM磁鐵40，每個磁鐵40具有不同高度以及平坦表面45，并且通過參考圖2可很好得知每個磁鐵40是由PM塊110的多個105構成的。雖然圖1給出了PM磁鐵40的同心排列，但是應該明白的是，這僅僅是說明性的，并且上、下PM排列25，30的形狀可以根據設計而廣泛地改變。例如，上、下PM排列25，30可以是對稱的、非對稱的、圓形的、或非圓形的。在一個實施例中，并且為了最優化磁鐵組件10的設計以使場均勻，PM排列25，30可以是非對稱的，以便對軛狀物15和柱20的非對稱排列進行補償。
圖2給出了磁場產生設備100的一部分的示例性實施例，該磁場產生設備用來形成磁鐵組件10的每個磁鐵40，該每個磁鐵40例如包括PM塊110的多個105。PM塊110的多個105在這里被稱為PM排列105。每個PM塊110具有一般由箭頭115指示的北端和南端，其中每個PM塊110在相同的南北方向上排列成行。通過參考圖3可以明顯得知，將PM排列105配置成在北極端(北極面)125、南極端(南極面)130、或者這兩端125，130上具有平坦表面120。在一個實施例中，圖3的平坦表面120與圖1的平坦表面45同義。雖然將表面45和120進行討論和說明為平坦的，但是應該明白的是，其他表面外形同樣適合于在這里所公開的本發明的實踐的實施例，并且并不對所公開的發明進行限定。將由鐵磁材料制成的過渡層135牢固地安置在PM排列105的端部125上，可以是北端或南端，所述過渡層135的厚度等于或小于大約30毫米(mm)，優選地是等于或小于大約15mm，并且更優選地是等于或小于大約5mm。在一個實施例中，將過渡層135安置在PM排列105的兩端125，130上。
層135所使用的鐵磁材料可以是低碳鋼、硅鋼、或者適合于這里所公開目的的呈現出鐵磁性特性的任何其他鋼。在一個實施例中，利用適合于該目的的諸如環氧樹脂這樣的任何粘合劑而使層135粘附于PM排列105的平坦表面125上。在可替換實施例中，可以使用緊固件以代替粘合劑以將層135牢牢地緊固在PM排列105上。層135可以是單獨的瓦片，如圖2中所示每個PM塊110具有一個瓦片，或者層135可以是覆蓋多個PM塊110的單層片。層135最好具有不連續性以便降低渦流的存在，由此分段的瓦片好于一個很大的單層片。雖然層135可以由疊片組成，但是層135最好由其不存在多個疊片的單層(單個層)組成的。無論層135是疊片排列還是單層排列，層135具有根據這里所公開的本發明實施例的總厚度。
為了對設備100所產生的合成B0磁場進行控制，利用多個填墊策略可使永久磁鐵墊片140，145在策略上位于層135，在相對于PM排列105的層135的對邊上，所述填墊策略包括使用統計或者線性編程方法的計算機分析。根據需要如何去改變多個塊105的B0場，墊片140，145可以具有如墊片140表示的與PM排列105相同的極性，或者具有如墊片145表示的與PM排列105相反的極性。雖然在圖2中僅僅描述了兩個墊片140，145，但是應該明白的是，根據需要可以采用單個或多個墊片140，145以根據需要對B0磁場以及均勻性進行控制。通常，進行填墊的目的在于產生均勻場，然而，該目的或者是產生的場具有所希望的梯度特征。在一個實施例中，利用其適合于該目的的任何粘合劑或者固定方法而將墊片140，145粘附在層135上。
在一個可替換實施例中，并同時參考分別說明了矩形和圓柱形墊片的圖4和圖5，過渡層135位于墊片140，145的北極或南極平坦表面上以形成墊片組件150。圖4和圖5的實施例與圖2的實施例的不同之處在于，圖2描述了過渡層135安置在PM排列105的磁極面上，然而圖4和圖5描述了過渡層135安置在墊片140，145上。使層135排列在墊片140，145上的優點在于，可降低設備100上的渦流以及剩余的磁化。如上所述，層135的厚度等于或者小于大約30mm，優選地是等于或者小于大約15mm，并且更優選地是等于或者小于大約5mm。如先前所討論的，利用粘合劑或者其他合適方法而將層135固定在墊片140，145上。
在進一步的可替換實施例中，并同時參考圖6，可以使用墊板155以收納組合為墊片組件150的過渡層135和PM墊片140，145。墊板155可以是平板或者具有用于收納過渡層135的不連續段的凹處。或者，過渡層135可以是除去了戰略位置上的部分(不連續性)的整片鐵質材料。墊板155可以是模壓部件，并且具有過渡層段或者在其中模壓的過渡層片135。
按大小排列層135的厚度以便允許在PM排列105與墊片140，145之間進行磁化的本地反轉，而不會使磁場在層135上移動。在一個實施例中，層135的厚度等于或者小于大約30mm，等于或者小于大約15mm，等于或者小于大約5mm，等于或者小于大約2mm，或者等于或小于大約1mm，并且可具有等于或大于大約0.1mm或者等于或大于大約0.2mm的厚度。對層135的厚度以及墊片140，145的大小和數目進行選擇以便提供密集的均勻磁場，其典型的具有30-50厘米(cm)球形容積之內的小于大約10ppm(百萬分之…)的變化，準確的中心磁場值具有典型的小于大約0.5％變化。通過采用本發明的實施例，可將設備100的B0場從目標值控制在小于或等于1高斯之內。
通過利用不使B0場線在層135上移動的薄層135可有效地將不存在于極面的PM設計轉換成這樣的一設計，該設計擁有具有一極面的PM的特性。如這里所使用的，術語極面是指具有一個功能表面(一個極面，其通常是由厚度大于20mm的鐵質材料的厚度疊片的瓦片制成)的PM設計，該功能表面使磁場成形以提供均勻磁場區域，這不是所公開發明的層135的預期功能。
考慮上述內容，根據圖7中所描述的方法200可實現對磁場產生設備100的填墊。在205，將永久磁鐵塊110的多個105放在適當位置以形成具有諸如位于北極端125、南極端130、或者這兩端125，130上的多個平坦表面的PM排列105。每個永久磁鐵塊110在相同南北方向上排列成行。
在210，將由鐵磁材料制成的過渡層135牢固地放置在PM排列105的平坦表面125或130上。
在215，通過粘合劑或者其他方式將層135牢固地固定到PM排列105。
在220，將一個或多個鐵磁性或永久磁鐵墊片140，145放置在與PM排列105相對的層135的那側，并且在225，通過粘合劑或者其他方式將墊片140，145牢固地固定到層135。
根據圖8中所描述的方法250可實現用于對磁場產生設備100進行填墊的替換方法。在255，將永久磁鐵塊110的多個105放在適當位置以形成具有諸如位于北極端125、南極端130、或者這兩端125，130上的多個平坦表面的PM排列105。每個永久磁鐵塊110在相同南北方向上排列成行。
在260，將由鐵磁材料制成的過渡層135牢固地放置在PM排列140，145的極面上以形成墊片組件150。
在265，通過粘合劑或者其他方式將層135牢固地固定到PM墊片140，145，由此固定墊片組件150。
在270，將墊片組件150放置在PM排列105的端部125，130，過渡層135緊接于端部125或130的極面表面，并且在275，通過粘合劑或者其他方式將墊片組件150牢固地固定在PM排列105上。
雖然本發明的實施例描述了一種磁場產生設備100，所述磁場產生設備100具有由用于對B0場以及均勻性進行控制的恒磁材料制成的墊片140，145，但是應該明白的是墊片140，145還可以由用于對B0`場進行調節和控制的鐵磁材料制成。
如所公開的，本發明的某些實施例包括下述一些優點局部增強或者降低包括有位于FOV(視場)中心的場這樣的磁場的強度能力；利用單層鐵磁材料局部對B0場進行控制的能力，由此可實現大小和成本節約；使用反極性永久磁鐵墊片以便對B0場進行調節和控制的能力；將B0場控制在從目標值至小于或等于1高斯之內的能力；有效地將不存在極面的PM設計轉換成這樣的設計的能力，該設計擁有具有一個極面的PM的特性；以及對PM設備進行填墊以使準確的B0場具有高度均勻性，同時保持容忍間隙并且使填墊成本最小化。
雖然參考示例性實施例已對本發明進行了描述，但是對于本領域普通技術人員來說應該明白的是在不脫離本發明范圍的情況下可做出各種變化并且等效體可由其單元來替代。此外，在不脫離其本質范圍的情況下，可進行多種改進以使特定情況或者材料適用于本發明的教導。因此，本發明并不局限于所公開的作為優選的特定實施例或者并不僅僅局限于為執行本發明所考慮的模式，而是本發明包括其屬于隨后權利要求范圍之內的所有實施例。此外，利用詞語第一、第二等等并不表示順序或者重要性，而是詞語第一，第二等等用來區分一個單元與另一個單元。此外，使用次語一、一個等等不表示對數量的限制，而是表示存在至少一個參考項。
部件列表10磁鐵組件15軛狀物20連接柱25上PM排列30下PM排列
35基板40 PM磁鐵45平坦表面100磁場產生設備的部分105多個PM塊(排列)110永久磁塊115箭頭120平坦表面125北極端130南極端135層140墊片145墊片150墊片組件155墊板200方法205放置210放置215固定220放置225固定250方法260形成265固定270放置275固定
權利要求
1. 一種磁場產生設備(100)，包括一個排列(105)，該排列包括多個永久磁鐵(PM)(110)，每個永久磁鐵具有北端(125)和南端(130)，并且每個永久磁鐵在相同的南北方向上排列成行，將PM排列(105)配置成在北極端(125)具有一表面(120)、在南極端(130)具有一表面(120)、或者在這兩端均具有一表面(120)；以及一個層(135)，該層包括牢固地安置在PM排列(105)的表面(120)之一上的鐵磁材料，其中該層(135)具有等于或小于大約15毫米的厚度。
2.根據權利要求1的設備(100)，其中層(135)具有等于或小于大約1毫米的厚度；并且層(135)具有等于或小于大約0.2毫米的厚度。
3.根據權利要求1的設備(100)，其中層(135)包括不存在多個疊片的單層。
4.根據權利要求1的設備(100)，進一步包括至少一個永久磁鐵墊片(140，145)，其放置在該層相對于PM排列(105)的對邊上；其中至少一個墊片(140，145)包括具有與PM排列(105)相同極性的第一墊片(140)以及具有與PM排列(105)不同極性的第二墊片(145)。
5.根據權利要求1的設備(100)，其中層(135)是分段的。
6.根據權利要求1的設備(100)，進一步包括一個B0場，該B0場從目標值至小于或等于1高斯之間變化。
7.一種磁場產生設備(100)，包括一個永久磁鐵(110)，該永久磁鐵具有北極端(125)和南極端(130)，以及位于北極端(125)、南極端(130)、或者這兩端上的表面(120)；以及一個層(135)，該層包括牢固地安置在永久磁鐵(110)的表面(120)之一上的鐵磁材料，其中該層(135)具有等于或小于大約15毫米的厚度。
8.根據權利要求1的設備(100)，進一步包括至少一個永久磁鐵墊片(140，145)，其安置在該層相對于永久磁鐵(110)的對邊上，至少一個墊片(140，145)包括具有與永久磁鐵(110)相同極性的第一墊片(140)以及具有與永久磁鐵(110)不同極性的第二墊片(145)；其中層(135)包括不存在多個疊片的單層；并且將單層粘附在永久磁鐵(110)上。
9.一種磁場產生設備(100)，包括一個永久磁鐵(110)，該永久磁鐵具有北極端(125)和南極端(130)，以及位于北極端(125)、南極端(130)、或者這兩端上的表面(120)；一個非鐵磁性墊板(155)，該墊板具有多個凹處，墊板(155)安置在永久磁鐵(110)的表面上；一個過渡層(135)，該過渡層包括牢固地安置在墊板(155)的一個或多個凹處上的鐵磁材料；以及一個永久磁鐵墊片(140，145)，該墊片安置在層(135)相對于永久磁鐵(110)的對邊上；其中層(135)具有等于或者小于大約15毫米的厚度。
10.根據權利要求9的設備(100)，其中層(135)包括其不存在多個疊片的單層。
全文摘要
公開了一種具有永久磁鐵(110)的排列(105)的磁場產生設備(100)，每個永久磁鐵(PM)具有北端(125)和南端(130)，并且每個永久磁鐵在相同的南北方向上排列成行。將PM排列(105)配置成在北極端(125)具有一表面(120)、在南極端(130)具有一表面(120)、或者在兩端均具有一表面(120)。鐵磁材料層(135)牢固地安置在PM排列(120)的一個表面上，該層(135)具有等于或小于大約15毫米的厚度。
文檔編號H01F7/02GK1712982SQ20051007865
公開日2005年12月28日 申請日期2005年6月21日 優先權日2004年6月21日
發明者J·黃, H·盧 申請人:通用電氣公司