專利名稱：具有用于主磁場調(diào)整的可動永久磁體的永久磁體裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總的涉及永久磁體裝置，尤其涉及用于磁共振成象系統(tǒng)(MRI)的永久磁體裝置。
背景技術(shù)：
有各種使用永久磁體的磁成象系統(tǒng)。這些系統(tǒng)包括磁共振成象(MRI)、磁共振療法(MRT)和核磁共振(NMR)系統(tǒng)。MRI系統(tǒng)用于對病人身體的一部分成象。MRT系統(tǒng)通常較小并用于監(jiān)測外科器械在病人體內(nèi)的位置。NMR系統(tǒng)用于檢測一個(gè)從被成象的物料來的信號，以測定該物料的成分。這些系統(tǒng)常常使用兩個(gè)或更多個(gè)直接附接在一個(gè)支架(常稱為軛)的永久磁體。在這些磁體內(nèi)設(shè)置一個(gè)成象容積。一個(gè)人或物料置于該成象容積中而檢出一個(gè)圖象或信號，然后用一處理器如計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理。
一個(gè)MRI磁體應(yīng)當(dāng)保持一個(gè)變化狹窄的預(yù)設(shè)定的主磁場(B0)，因?yàn)樵撓到y(tǒng)的中心頻率與B0場和射頻成線性關(guān)系，而放大器/接收器調(diào)諧到該頻率。射頻鏈的窄帶寬限定主磁場中的可允許的變化。在一個(gè)超導(dǎo)或電阻MRI磁體中，正確的B0場是通過調(diào)整磁體線圈中的電流而獲得的。在一永久磁體中，B0場由磁體的磁動勢和磁阻決定。但是，由于材料性能的變化和磁體尺寸的制造公差，在永久磁體的真實(shí)B0場和其設(shè)計(jì)值之間常常存在差異。
已提出若干方法用于調(diào)整MRI的永久磁體用的B0場。一種方法包括利用鐵插塞來增減磁通量回路中的空氣間隙，該間隙轉(zhuǎn)而由于磁阻的變化而減小或增大B0場。另一方法包括改變磁體的操作溫度。后者改變永久磁體極的磁化程度并因此改變B0場。又一方法包括使用電阻線圈來調(diào)整B0場。但是，這些方法實(shí)施時(shí)常常很復(fù)雜，而且有時(shí)不能獲得所要的B0場。
發(fā)明概述本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例提供一種永久磁體裝置，該裝置包括一個(gè)固定的永久磁體和一個(gè)可動的永久磁體，后者相對于固定的永久磁體可以活動。
本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施例提供一種磁成象設(shè)備，該設(shè)備包括一個(gè)由第一部分、第二部分與連接該第一和第二部分的至少一個(gè)第三部分組成的軛，以及一個(gè)附接在軛的第一部分上的永久磁體裝置，使得在軛的第一和第二部分之間形成一個(gè)成象容積，其中該永久磁體裝置包括一個(gè)固定的永久磁體和一個(gè)可動的永久磁體，后者相對于固定的永久磁體可以活動。
本發(fā)明的又一優(yōu)選實(shí)施例提供一種制造一個(gè)永久磁體裝置的方法，該方法包括提供一個(gè)固定的永久磁體，提供一個(gè)可動的永久磁體，以及相對于該固定的永久磁體的移動該可動的永久磁體來調(diào)整該裝置的B0場。
附圖簡述

圖1和2是按照本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的永久磁體裝置的右半的側(cè)視截面圖。
圖3是有一永久磁體插塞的永久磁體裝置的透視圖。
圖4是按照本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的一種永久磁體的透視圖。
圖5是圖4磁體的基底區(qū)段的透視圖。
圖6是圖4磁體的空心環(huán)區(qū)段的透視圖。
圖7是一種包括本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的永久磁體裝置的MRI系統(tǒng)的側(cè)視截面圖。
圖8是一種包括C形軛的MRI系統(tǒng)的透視圖。
圖9是一種包括有多個(gè)連接桿的軛的MRI系統(tǒng)的側(cè)視截面圖。
圖10是一種包括管狀軛的MRI系統(tǒng)的側(cè)視截面圖。
圖11和12是按照本發(fā)明的另外的優(yōu)選實(shí)施例的成象系統(tǒng)的側(cè)視截面圖。
圖13、14和15是圖11中成象系統(tǒng)的分別為設(shè)有永久磁體塊件、有正的永久磁體塊件和有負(fù)的永久磁體塊件時(shí)的磁場分布的模擬。
圖16和17是圖12的成象系統(tǒng)根據(jù)永久磁體插塞的位置的磁場分布的模擬。
圖18是比較具有鐵插塞和具有永久磁場插塞的B0場調(diào)整能力的圖線。
圖19是一種用于磁化一適用于用作永久磁體的未磁化材料的線圈罩的透視圖。
發(fā)明詳述本發(fā)明已實(shí)現(xiàn)可以使用一種相當(dāng)小的可動的永久磁體來調(diào)整一個(gè)相當(dāng)大的固定的永久磁體的磁動勢和B0場。最好是，該可動的永久磁體是在B0場調(diào)整過程期間相對于該固定的永久磁體可動，而當(dāng)永久磁體裝置處于操作中時(shí)并不相對于固定磁體可動。最好是，該可動的永久磁體安置在固定的永久磁體的背面(即固定永久磁體的與其面向成象系統(tǒng)的成象容積的前面或成象面對置的那一面)。這種安置允許機(jī)械器具或裝置用于該可動的永久磁體的安裝、調(diào)整和/或移動。因此，該可動的永久磁體的使用提供一種簡單、可靠而成本效益好的方法來在永久磁體裝置中經(jīng)歷的變化限度內(nèi)調(diào)整B0場。
術(shù)語“固定的永久磁體”包括固定在一個(gè)靜止的或可動的系統(tǒng)支架上的任何永久磁體。優(yōu)選的是，該系統(tǒng)包括一個(gè)成象系統(tǒng)，如MRI、MRT或NMR系統(tǒng)。最優(yōu)選的是，該系統(tǒng)包括一個(gè)MRI系統(tǒng)，該支架包括一個(gè)MRI軛，而至少兩個(gè)MRI永久磁體裝置附接在該軛上，在該處在這兩個(gè)裝置之間形成一個(gè)成象容積。每個(gè)裝置包括這些固定的和可動的永久磁體。在MRI系統(tǒng)中，該固定的永久磁體是一個(gè)靜止的永久磁體，因?yàn)樗潭ㄔ?即不動地附接在)一個(gè)靜止的軛上。但是，該系統(tǒng)可以包括一個(gè)非成象系統(tǒng)，如電動機(jī)或發(fā)電機(jī)。例如，該固定的永久磁體可以固定在一個(gè)可動的支架如轉(zhuǎn)子上。
可以使用在B0場調(diào)整過程期間相對于該固定永久磁體可以活動的任何合適的可動永久磁體。在一個(gè)成象系統(tǒng)中，該可動永久磁體最好安置在成象系統(tǒng)支架和固定永久磁體之間。例如，可動永久磁體可以包括安置在一個(gè)永久磁體裝置的固定永久磁體的非成象的背面上的可以拆去的永久磁體塊件和/或一個(gè)可動的永久磁體插塞。最好是，在永久磁體裝置操作期間，該可動的永久磁體或者直接固定在該固定的永久磁體上或者該可動的永久磁體固定在該裝置的另一部分上。在任一種情況下，在該裝置操作期間，該可動的永久磁體最好并不相對于該固定的永久磁體而活動，即使該裝置本身在操作期間安置在一轉(zhuǎn)子中或正在運(yùn)動。
這些永久磁體塊件可以包括手動地或機(jī)械地安置在該固定永久磁體背面上和從成系統(tǒng)移去的磁棒、磁盤或其它形狀的塊件，以便對一組給定的條件最優(yōu)化成象系統(tǒng)的性能，如調(diào)整永久磁體裝置的B0場，以便將該場維持在所要的值的范圍內(nèi)。因此，可以將特定數(shù)目的正磁化的和/或負(fù)磁化的永久磁體塊件安置在該永久磁體裝置中或從其移去來調(diào)整永久磁體裝置的B0場。如果需要，可以使用帶不同的永久磁體質(zhì)量的預(yù)磁化的永久磁體塊件來進(jìn)行精細(xì)的場調(diào)整。這些永久磁體塊件通過成象系統(tǒng)支架如一個(gè)MRI軛中的孔而安置在該固定的永久磁體的背面上。如果需要，可以向這些永久磁體塊件添加一種背襯材料如鋼片或其它填充材料來保持該固定永久磁體背面上的材料的總體積恒定。
與加到該系統(tǒng)或從其移去而調(diào)整B0場的永久磁體塊件相反，永久磁體插塞并不從該系統(tǒng)移去。相反，相對于固定的永久磁體來調(diào)整該永久磁體插塞，從而調(diào)整B0場。例如，永久磁體插塞可以相對于固定永久磁體的后側(cè)進(jìn)行升降，以調(diào)整B0場。因此，雖然永久磁體塊件對該系統(tǒng)提供可變量的永久磁體材料以調(diào)整磁場，但永久磁碭插塞提供恒定量的永久磁體材料，而由其位置來調(diào)整磁場。當(dāng)然也可以使用一個(gè)組合永久磁體插塞和永久磁體塊件的可動永久磁體。該可動永久磁體通過安置在系統(tǒng)內(nèi)精細(xì)調(diào)整磁場的可變位置中的可變量的永久磁體材料來調(diào)整磁場。
因此，增減永久磁體塊件或相對移動永久磁體插塞能增減磁動勢和調(diào)整主磁場。永久磁體材料的量由測出的B0場確定。因?yàn)橛谰么朋w塊件或永久磁體插塞與固定永久磁體相比可以有正磁化或負(fù)磁化，所以可動的永久磁體增減磁體裝置的總磁動勢并因而調(diào)整B0場。
圖1例示按照本發(fā)明的第一優(yōu)選實(shí)施例的一種成象設(shè)備的磁體裝置11的右半的側(cè)視截面圖。裝置11的左半是其右半的鏡象，為清楚起見不再示出。該磁體裝置最好包括至少一個(gè)可以選擇的軟磁材料層13和一固定的永久磁體15(也稱為成象系統(tǒng)的一極)，后者包括第一表面17和第二表面19。該第一和第二表面基本上平行于與磁場方向(即Z方向)垂直的X-Y平面。磁場方向(即Z軸方向)用圖1中箭頭20表示。第一方面17附接在至少一層軟磁材料13上。第二表面或成象表面19適合于面對成象設(shè)備的成象容積。但是，如果希望，可以省去至少一層軟磁材料13。
在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選方面中，固定的永久磁體15的材料包括任何合適的磁化的永磁材料或合金，如CoSm、NdFe或RMB，其中R包括至少一種稀土元素而M包括至少一種過渡族金屬如Fe、Co或Fe和Co。優(yōu)選的是，該材料包括RMB材料，其中R包括至少一種稀土元素而M包括至少一種過渡族金屬如至少50(原子)％Fe。最優(yōu)選的是，該材料包括富鐠(Pr)的RMB合金，如此處完全參考合并的美國專利6,120,620中公開的。該富鐠(Pr)的RMB合金包括約13～約19(原子)％稀土元素，其中稀土含量基本上由大于50％的鐠、有效量的選自鈰、鑭、釔及其混合物的輕稀土元素及余量的釹；約4～約20(原子)％硼；以及帶雜質(zhì)或不帶雜質(zhì)的余量鐵。如此處所用的，短語“富鐠的”指該鐵-硼-稀土合金中的稀土含量大于50％的鐠。在本發(fā)明的另一優(yōu)選方面中，稀土含量中鐠的百分率為至少70％，并可高達(dá)100％，取決于總稀土含量中存在的輕稀土元素的有效量。輕稀土元素的有效量是總稀土含量中存在的允許磁性能完成等于或大于29MGOe(BH)max和6KOe的本征矯頑磁力(Hci)的量。除鐵以外，M還可包括其它元素，如(但不限于)鐵、鎳、鉍、鈷、釩、鈮、鉭、鉻、鉬、鎢、錳、鋁、鍺、錫、鋯、鉿及其混合物。因此，該材料最優(yōu)選地包括13～19(原子)％R，4～20(原子)％B和其余M，其中R包括50(原子)％或以上的Pr，0.1～10(原子)％的Ce、Y、La中至少一種，以及余量Nd。
該至少一層軟磁材料13可以包括一層或多層任何軟磁材料。軟磁材料是一種僅在外加的外磁場的存在下才呈現(xiàn)宏觀鐵磁性的材料。最好是，裝置11包括多層軟磁材料13(如2～40層，最好10～20層)的疊層。存在多層的可能性在圖1中用虛線表示。單獨(dú)的各層最好沿基本上平行于由該裝置的永久磁體產(chǎn)生的磁場的方向的方向疊層(即軟磁層的厚度平行于磁場方向)。但是，如果希望，這些層可以沿任何其它方向疊層，如沿從平行于到垂直于磁場方向而延伸的任何角度。該軟磁材料可以包括Fe-Si、Fe-Co、Fe-Ni、Fe-Al、Fe-Al-Si、Fe-Co-V、Fe-Cr-Ni及非晶Fe基或Co基合金中的任何一種或多種。
磁體裝置11可以有任何形狀或構(gòu)型。例如，裝置11可以有約40cm～約90cm(即約0.4～約0.9米)的寬度或外徑。最好是，適合于面對該成象設(shè)備的成象體積的第二表面19的形狀能使磁場的形狀、強(qiáng)度和均勻性最優(yōu)化。固定的永久磁體15及其第二表面19的最佳形狀可以通過計(jì)算機(jī)模擬基于成象容積的尺寸、永久磁體的磁場強(qiáng)度、填隙片設(shè)計(jì)或填隙性能及其它設(shè)計(jì)構(gòu)型來確定。例如，該模擬可以包括一種有限元素分析方法。在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選方面中，如表1中所示，第二表面19有一個(gè)包含多個(gè)同心環(huán)21、23、25、27的圓形截面，這些同心環(huán)伸出到彼此對應(yīng)的不同高度。換言之，表面19是分階的，至少包括四個(gè)臺階21、23、25、27。最優(yōu)選的是，環(huán)21、23、25、27的高度從最外環(huán)27到最內(nèi)環(huán)即中心環(huán)21逐漸減小，如圖1中所示。但是，可以有兩個(gè)、三個(gè)或多于四個(gè)的環(huán)，而任何內(nèi)環(huán)的高度可以大于任何外環(huán)的高度，如圖2中所示，而且如下面更詳細(xì)地描述的，取決于系統(tǒng)構(gòu)型和所涉及的材料。
最好是，從臺階25到表面19的環(huán)27的高度18至少為0.05米，如在0.05～0.075米之間，最好約0.0625米，形成一個(gè)填充填隙片的空穴。圖1中所示的環(huán)23和25的高度最好小于0.03米，如0.1～20毫米。換言之，每個(gè)環(huán)21、23、25的成象表面從一相鄰的內(nèi)環(huán)的成象表面伸出不到0.03米。因此，在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選方面中，外環(huán)27有至少0.05米的高度，而裝置的每個(gè)內(nèi)環(huán)23、25有小于0.03米的高度。最好是，至少兩個(gè)內(nèi)環(huán)21、23機(jī)加工在固定永久磁體15的一個(gè)區(qū)段中，而外環(huán)27包括獨(dú)立制成并附接在包含內(nèi)環(huán)的第一區(qū)段上的永久磁體的另一區(qū)段。
在圖2中例示的第一實(shí)施例的另一優(yōu)選方面中，第一中心(即最內(nèi)的)實(shí)心環(huán)21的高度大于圍繞該環(huán)21的相鄰的空心環(huán)23的高度。中心環(huán)21在該裝置的成象表面19中形成一個(gè)凸出部。因此，緊鄰中心環(huán)21的第一內(nèi)空心環(huán)23具有裝置11中所有各環(huán)的最小高度。最好是，中心環(huán)21的高度小于圍繞第二環(huán)23的第三空心環(huán)25的高度并小于外空心環(huán)27的高度。最好是，環(huán)27的從臺階25到表面19的高度18為至少0.05米，如0.05～0.075米，最好約0.0625米，從而形成一個(gè)填充填隙片的空穴。圖2中所示的環(huán)21和25的高度最好小于0.03米，如0.1～20毫米。
如上討論的，裝置11包括在B0場調(diào)整過程期間相對于固定的永久磁體15可以活動的任何合適的可動的永久磁體。該可動主體可以安置在成象系統(tǒng)支架61和固定的永久磁體15之間。例如，如圖1和2中所示，可動的永久磁體可以包括通過該至少一層軟磁材料13和支架61而延伸的孔24中的可以移去的永久磁體塊體22。另外，該可動的永久磁體可以包括安置在孔24中安置可動的永久磁體插塞26，如圖3中所示。
如上所述，永久磁體塊體22可以包括通過至少一層軟磁材料13中的孔24而手動或機(jī)械地安置在固定的永久磁體15的后表面17上的永久磁體的棒、盤或其它形狀的塊件，如圖1和2中所示。因此，可以在裝置11中安置或移去特定數(shù)目的正磁化和/或負(fù)磁化的塊件22，以對于一套給定的條件如調(diào)整裝置11的B0場來最優(yōu)化該成象系統(tǒng)的性能，從而將該場保持在所要的值的范圍內(nèi)。塊件22安置在成象設(shè)備支架或軛61中的孔24中或固定的永久磁體15的后表面17上。如果需要，一個(gè)金屬背襯或填充物如不銹鋼片或鐵背襯可以插入軛61和永久磁體塊件22之間或從其中移出。該背襯可以用于保持裝置的金屬體積恒定而與加入裝置11或從其移出的永久磁體塊件22的數(shù)目無關(guān)。因此，背襯材料的量可以反比于永久磁體塊件的量或體積。在獲得所要的B0場之后，永久磁體塊件22可以緊固在固定的永久磁體15上。但是，這些緊固的永久磁體塊件被當(dāng)成“一個(gè)可動的永久磁體”，因?yàn)樗鼈冊贐0場調(diào)整過程期間相對于固定的永久磁體是可動的。
或者是，如圖3中所示，在孔24中安置一個(gè)可動的永久磁體插塞26。永久磁體插塞26可以通過適合于移動該可動的永久磁體插塞的任何合適的驅(qū)動器28而相對于固定的永久磁體15而在孔24中上下(即沿孔的軸)移動。例如，驅(qū)動器28可以是任何合適的機(jī)械或電機(jī)械裝置如螺桿、滑輪或齒軌，它們被手動或機(jī)械地驅(qū)動而移動插塞26。最好是，驅(qū)動器28為螺桿，當(dāng)該桿圍繞其軸而轉(zhuǎn)動時(shí)該螺桿升降插塞26。也可以使用齒輪箱來改善插塞26的移動的容易程度。在驅(qū)動器28和插塞26之間可以插入金屬背襯29如鐵背襯。如果需要，在某些條件下可以從裝置11中移出插塞26。在所需的B0場達(dá)到后，永久磁體插塞26可以在相對于固定的永久磁體15的優(yōu)選位置中由驅(qū)動器28緊固。但是，該緊固的永久磁體插塞26被看做是“一個(gè)可動的永久磁體”，因?yàn)樵贐0場調(diào)整過程期間該磁體可以相對于固定的永久磁體15而活動。
可動的永久磁體22、26可以包括同樣的或不同的永久磁體材料如固定的永久磁體15。與固定的永久磁體15相比較，該可動的永久磁體可以有正的磁化或負(fù)的磁化。該可動的永久磁體相對于固定的永久磁體15而移動，以調(diào)整磁體裝置的B0場，從而將該場保持在所要的值的范圍內(nèi)。
如果需要，用于可動的永久磁體22、26的孔24可以從背面17延伸到固定的永久磁體15中，如圖2中所示。這樣，可動的磁體22、26可以移入移出孔24而分別填充安置在固定的永久磁體15中的孔24的端部和從其倒空出來。最好是，孔24僅僅延伸通過固定的永久磁體15的路徑的一部分。孔24可以有適當(dāng)?shù)闹睆?，例?～30cm。可動的永久磁體可以有裝入孔24的任何合適的尺寸，如高度20～30cm，寬度5～30cm?？缀涂蓜拥挠谰么朋w也可以使用其它合適的尺寸，取決于系統(tǒng)的尺寸，驅(qū)動器28的上升功率和通過固定的永久磁體15的通量路徑上的孔24的影響。
最好是，孔24的中心軸線與固定的永久磁體15的中心對準(zhǔn)。因此，可動的永久磁體22、26受到調(diào)整(即安置或移動)并定中心于固定的永久磁體15的中央。但是，如果需要，可動的磁體22、26可以相對于固定的永久磁體15的中心離開中心而安置。其次，如果需要，罩住多個(gè)永久磁體22、26的多個(gè)孔24可以安置在該系統(tǒng)內(nèi)以進(jìn)行精細(xì)的磁場調(diào)整。當(dāng)需要時(shí)，這多個(gè)孔24可以相對于固定的永久磁體15的中心對稱地或非對稱地配置。該多個(gè)孔24中的每個(gè)孔可以包括相同或不同磁化和/或相對于固定的永久磁體的相同或不同的位置和/或與其它可動的永久磁體相同或不同的尺寸的可動的永久磁體22和/或26。
在本發(fā)明的另一優(yōu)選的實(shí)施例中，該固定的永久磁體15包括至少兩個(gè)區(qū)段。優(yōu)選的是，這些區(qū)段沿一垂直于磁場方向的方向是疊層的(即區(qū)段的厚度平行于磁場方向)。最優(yōu)選的是，每個(gè)區(qū)段由用一膠粘物質(zhì)膠粘在一起的多個(gè)方形、六邊形、梯形、環(huán)狀扇形或其它形狀的塊體組成。一種環(huán)狀扇形是一個(gè)有一凹形頂部或短側(cè)邊和一凸形底部或長側(cè)邊的梯形。
圖4中示出磁體15的一種優(yōu)選構(gòu)型。磁體15包括一個(gè)如圖5中示出的永久磁體基底區(qū)段或主體31和一個(gè)如圖6中示出的永久磁體的空心環(huán)區(qū)段或主體35。一個(gè)填充填隙片的空穴33通過磁體15的成象表面19中的臺階而形成。
基底區(qū)段31最好有一如圖5中示出的圓柱形構(gòu)型?；讌^(qū)段31的第一主表面41和第二主表面42為該圓柱的“底”表面和“頂”表面(即圓柱的兩個(gè)底面)。主表面41、42具有比圓柱31的邊緣表面43的高度更大的直徑。最好是(但并非必須)，第一或底表面41為平面。第一表面41對應(yīng)于如圖1和2中所示的適合于附接在該至少一層軟磁材料13上的第一表面17。
第二表面42是臺階式的，最好有至少三個(gè)臺階21、23、25?；讌^(qū)段31的第二表面42中的至少兩個(gè)臺階如內(nèi)臺階21、23是機(jī)加工在第二表面42中的。如果需要，外臺階25可以包括基底區(qū)段31的原始表面。第二表面42的內(nèi)部部分如臺階21、23和臺階25的內(nèi)部部分組成永久磁體裝置11的成象表面19的內(nèi)部部分。如上所述，內(nèi)臺階23、25有一小于0.03米的高度。如果需要，該最內(nèi)部的中心臺階21可以包括一如圖2中所示的凸出部而非一如圖4和5中所示的凹部。
空心環(huán)區(qū)段35附接在基底區(qū)段31的第二表面42的外部部分?？招沫h(huán)區(qū)段35也具有圓柱構(gòu)型，第一主表面48和第二主表面49是環(huán)形圓柱35的基底表面，如圖6中所示。主表面48、49的直徑大于環(huán)區(qū)段的邊緣表面50的高度?？招沫h(huán)區(qū)段35有一從第一基底表面48延伸到第二基底表面49而平行于磁場20的方向的圓孔51?？招沫h(huán)區(qū)段35形成于基底區(qū)段31的第二主表面42的上方，使得環(huán)21、23、25的臺階通過孔51而露出。區(qū)段35的第一主表面48附接在區(qū)段31的第二表面42上，而區(qū)段35的第二主表面49包括永久磁體裝置11的成象表面19的一個(gè)外部部分。因此，基底區(qū)段的第一和第二表面與空心環(huán)區(qū)段的第一和第二表面配置成基本上垂直于該磁體裝置的磁場方向。
最好是，環(huán)區(qū)段35的第二表面49在基底主體31的第二表面42上的外臺階25上方伸出至少0.05米，如約0.05～約0.075米。環(huán)區(qū)段35的寬度(即內(nèi)徑和外徑之差)優(yōu)選地為至少0.05米，例如約0.1～0.5米，最好為約0.25～約0.3米。換言之，環(huán)區(qū)段35的高度和寬度最好為至少0.05米。環(huán)區(qū)段35的內(nèi)徑形成一個(gè)空穴33?？昭?3填充金屬填隙片。最好是，這些填隙片用非永久磁體材料如鐵和其它合適的金屬或合金制成。
固定的永久磁體15的區(qū)段31和35可以通過任何合適的方法如膠粘層、托架和/或螺栓而彼此附接并附接到磁性材料層上。最好是，在基底區(qū)段31的第二表面42和空心環(huán)主體35的第一表面48之間安置一層膠粘物質(zhì)52如環(huán)氧樹脂或膠水。
最好是，圓柱形的基底主體31和空心環(huán)主體35包括多個(gè)方形的、六角形的、梯形的或環(huán)狀扇形的用膠粘物質(zhì)如環(huán)氧樹脂粘合在一起的永久磁體材料塊體54。但是，主體31和35可以由一體化的主體形成而非由單獨(dú)的塊體制成。最好是，基底區(qū)段31包括至少兩層永久磁體塊體54。例如，基底區(qū)段31可以包括如圖1中所示的三層永久磁體塊體54。
本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的磁體裝置11優(yōu)選地用于成象系統(tǒng)如MRI、MRT或NMR系統(tǒng)中。最優(yōu)選的是，這些優(yōu)選實(shí)施例的至少兩個(gè)磁體裝置用于一個(gè)MR系統(tǒng)。這些磁體裝置附接在一個(gè)MRI系統(tǒng)中的一個(gè)軛或一個(gè)支架上。
任何合適形狀的軛可以用于支承這些磁體裝置。例如，一個(gè)軛通常包括一個(gè)第一部分、一個(gè)第二部分和至少一個(gè)連接該第一和第二部分的第三部分，例如在第一和第二部分之間形成一個(gè)成象容積。圖7例示按照本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選方面的一種MRI系統(tǒng)60的側(cè)視截面圖。該系統(tǒng)包括一個(gè)有一支承第一磁體裝置11的底部部分或板62和一支承第二磁體裝置111的頂部部分或板63的軛61。應(yīng)當(dāng)理解，“頂部”和“底部”是相對用語，因?yàn)镸RI系統(tǒng)60可以在其側(cè)面上轉(zhuǎn)動，使得該軛包括左右兩部分而非頂部和底部。該成象容積65安置在這些磁體裝置之間。
如上所述，第一磁體裝置11包括至少一個(gè)包含一暴露于成象容積65的成象(即第二)表面19的固定的永久磁體15和一個(gè)可動的永久磁體以及至少一層軟磁材料層13，后者安置在該至少一個(gè)固定的永久磁體15的后(即第一)表面17和第一軛部分62之間。第二磁體裝置111最好與第一裝置11相同。第二磁體裝置111包括一個(gè)包含一暴露于成象容積65的成象(即第二)表面119的固定的永久磁體115和一個(gè)可動的永久磁體以及至少一層軟磁材料層113，后者安置在該至少一個(gè)固定的永久磁體115的后(即第一)表面117和第二軛部分63之間。表面19和119之間的成象容積65的最小高度最好為約0.2～約0.6米。
MRI系統(tǒng)60的操作最好沒有在第一磁體裝置11和第二磁體裝置111的固定永久磁體15和115的成象表面19和119與成象容積65之間形成的極塊件。但是，如果需要，可以加入非常薄的極塊件以進(jìn)一步減小或消除渦流的產(chǎn)生。MRI系統(tǒng)還包括常規(guī)的電子部件，如一個(gè)可以選擇的梯度線圈、一個(gè)射頻線圈67和一個(gè)圖象處理器68如計(jì)算機(jī)，后者將數(shù)據(jù)/信號從射頻線圈67轉(zhuǎn)換成圖象并可以選擇地儲存、傳遞和/或顯示該圖象。如果需要，可以省去梯度線圈。這些元件示意地例示于圖7中。
圖7還例示MRI系統(tǒng)60的各種可以選擇的細(xì)部。例如，系統(tǒng)60可以任選地包括一個(gè)支承其身體正被成象的病人69的床或病人支架70。系統(tǒng)60也可以任選地包括一個(gè)止動件71，后者剛性地保持病人身體的一部分如頭、臂或腿，以防止病人69移動正被成象的身體部分。磁體裝置11、111可以通過螺栓或其它機(jī)構(gòu)如托架和/或通過膠水而附接在軛61上。
系統(tǒng)60可以任何所要的尺寸。系統(tǒng)的每個(gè)部分的尺寸是根據(jù)所要的磁場強(qiáng)度、用于構(gòu)造軛61和裝置11、111的材料的種類以及其它設(shè)計(jì)因素而選擇的。
在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選方面中，MRI系統(tǒng)60僅包括一個(gè)連接軛61的第一部分62和第二部分63的第三部分64。例如，軛61可以有一如圖8中所示的“C”形構(gòu)型?！癈”形軛61有一個(gè)連接軛的底部62和頂部63的直的或彎曲的連接桿或連接柱64。
在本發(fā)明的另一優(yōu)選方面中，MRI系統(tǒng)60有一不同構(gòu)型的軛61，該構(gòu)型包括多個(gè)連接桿或連接柱64，如圖9中所示。例如，兩個(gè)、三個(gè)、四個(gè)或更多的連接桿或連接柱64可以連接支承磁體裝置11、111的軛部分62和63。
在本發(fā)明的又一優(yōu)選方面中，軛61包括一個(gè)有一圓形或多邊形截面如圖10中所示的六邊形截面的一件式管狀主體66。第一磁體裝置11附接在管狀主體66的內(nèi)壁的第一部分62上，而第二磁體裝置111附接在軛61的管狀主體66的內(nèi)壁的對置部分63上，如果需要，可以有多于兩個(gè)的磁體裝置附接到軛61上。成象容積65位于管狀主體66的空心中央部分中。
然后該成象設(shè)備如包括永久磁體裝置11的MRI 60用于磁共振成象技術(shù)來對病人身體的一部分進(jìn)行成象。在成象前，相對于固定的永久磁體15調(diào)整可動的永久磁體22，26的位置。例如，將永久磁體塊件22插入MRI系統(tǒng)或從該系統(tǒng)中移出和/或相對于固定的永久磁體的后側(cè)上下移動永久磁體插塞。永久磁體塊件22可以通過軛中的孔24插入和取出。永久磁體插塞26通過驅(qū)動器28而在孔中上下移動。如果孔24伸入固定的永久磁體15中，可動的永久磁體22、26可以安置在固定的永久磁體內(nèi)的孔24中。
病人69進(jìn)入MRI系統(tǒng)60的成象容積65中，如圖7和8中所示。用射頻線圈67從位于容積65中的病人69的身體的一部分檢出信號，該檢出的信號利用處理器68如計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理。該處理包括從射頻線圈67將數(shù)據(jù)/信號轉(zhuǎn)換為圖象，并可以選擇地儲存、傳送和/或顯示該圖象。
應(yīng)當(dāng)注意，代替MRI系統(tǒng)可以利用一個(gè)對非活體進(jìn)行成象的NMR系統(tǒng)。其次，包括可動的永久磁體和固定的永久磁體的永久磁體裝置可以安置在一個(gè)不是成象系統(tǒng)的系統(tǒng)中，如電動機(jī)或發(fā)電機(jī)中。
在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，固定的永久磁體15有一不同于圖1～6中所示的構(gòu)型。例如，固定的永久磁體15的成象表面可以有不同數(shù)目的臺階和/或不同的臺階構(gòu)型。另外，如圖11和12中所示，固定的永久磁體15可以有一平面的而非臺階式的成象表面19。其次，如圖11和12中所示，成象系統(tǒng)的多個(gè)磁體裝置可以具有可動的永久磁體22、26。最好是，每個(gè)永久磁體裝置11、111包括同樣的可動永久磁體。但是，如果需要，每個(gè)裝置11、111可以包括完全不同的可動永久磁體或沒有永久磁體。例如，如圖11中所示，兩個(gè)裝置11、111包括位于每個(gè)裝置的各自的孔24、124中的同樣的永久磁體塊件22、122。同樣，如圖12中所示，兩個(gè)裝置11、111包括位于位于每個(gè)裝置的每個(gè)相應(yīng)的孔24、124中的同樣位置的同樣的永久插塞26、126。每個(gè)永久磁體插塞26、126包括一個(gè)對應(yīng)的驅(qū)動器28、128和背襯部件29、129。
圖13、14、15比較圖1的磁體裝置11沒有永久磁體裝置22(圖13)、有正的永久磁體塊件22(圖14)或有負(fù)的永久磁體塊件22(圖15)之間的模擬磁場分布。例如，如這些圖中所示在極(即固定的永久磁體)15上安置九個(gè)5×5×5cm3的塊形永久磁體塊件22能增減B0場約35高斯，取決于永久磁體的極性。
如圖12中所示，將帶有固定量的永久磁體材料的永久磁體插塞26和一個(gè)鐵背襯塊件29安置在裝置11的固定永久磁體15的中心處。通過驅(qū)動器28使插塞26上下移動以調(diào)整永久磁體插塞26和固定永久磁體15(即極)之間的間隙，從而調(diào)整B0場，圖16和17例示該場是如何隨圖12的系統(tǒng)中不同的插塞一極間隙而變化的。該間隙在圖16中為零cm而圖17中為6cm。
永久磁體插塞26在B0場的調(diào)整中比鐵插塞要有效得多。圖18比較使用一個(gè)永久磁體插塞或一個(gè)鐵插塞的永久磁體裝置的計(jì)算的B0場調(diào)整能力(ΔB/B0)，曲線為極和插塞之間的間隙的函數(shù)。如圖18中所示，一塊15×15cm3的永久磁體插塞26對于一個(gè)大到10cm的間隙能夠提供至少約1.15％的B0場調(diào)整能力，該值約為用同一尺寸的鐵插塞所能得到的值的大到四倍。
利用永久磁體塊件22或永久磁體插塞26來調(diào)整B0場可以與磁體填隙過程的初始相位結(jié)合而進(jìn)行?？蓜拥挠谰么朋w22、26主要改變B0場，但也可以沖擊磁體的均一性。填隙用于降低磁體的不均一性，但它也能小量地調(diào)整磁體的B0場。因此，B0場的調(diào)整最好結(jié)合使用可動的永久磁體和粗的填隙過程。換言之，利用可動的永久磁體來調(diào)整B0場是考慮粗的填隙的B0場的影響而完成的，而粗的填隙是考慮可動的永久磁體對均一性的影響而完成的。在該過程的最后，達(dá)到了所要的B0場范圍而除去了大部分不均一性。如果需要，然后可以繼續(xù)精細(xì)的填隙而不用添加、移去或調(diào)整該可動的永久磁體。
因此，如上所述，一個(gè)永久磁體材料的相當(dāng)小的量能夠充分地變化磁動勢和B0場的調(diào)整。將可動的永久磁體安置在固定永久磁體的后側(cè)而非前側(cè)是優(yōu)選的，因?yàn)樗试S將后側(cè)機(jī)械器具用于干擾系統(tǒng)操作的可動永久磁體的安裝和/或間隔調(diào)整。用于在MRI永久磁體中經(jīng)歷的變化限度內(nèi)調(diào)整B0場的該方法簡單、可靠而成本效益高。
現(xiàn)在根據(jù)本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施例來描述制造永久磁體裝置11和MRI系統(tǒng)60的方法。一種由第一未磁化材料組成的母體附接在成象設(shè)備的支架或軛上，然后磁化該第一未磁化材料而形成第一永久磁體。例如，該母體可以是由上述區(qū)段31和35與未磁化的可動磁體22或26制成的固定磁體15。
最好在將未磁化的母體附接在成象設(shè)備支架上之后通過磁化該未磁化的母體而形成上述永久磁體。但是，如果需要，永久磁體可在附接到支架或軛上之前先磁化。
一種制造一成象裝置如MRI、MRT或NMR系統(tǒng)的方法包括提供一支架，將一種包括一第一未磁化材料的第一母體附接在第一支承部分上，以及磁化該第一未磁化材料而在附接該第一母體后形成一個(gè)第一永久磁體。最好是，一種包括與第一材料相同的或不同的未磁化材料的第二母體附接在第二支承部分上并磁化而在附接該第二母體后形成一個(gè)第二永久磁體。
該支架最好包括第一部分、第二部分和至少一個(gè)連接第一和第二部分的第三部分，使得在第一和第二部分之間形成一個(gè)成象容積。例如，該支架可以包括圖7、8、9或10中MRI系統(tǒng)60的軛61。該第一和第二母體可以包括任何適合于用作永久磁體如固定的永久磁體的未磁化材料和任選的可動永久磁體。最好是，這些母體包種一個(gè)由多個(gè)RMB合金的塊體組成的組件，如上所述，其中R包括至少一種稀土元素，而M包括至少一種過渡族金屬。
如果需要，如上所述的至少一層軟磁材料層13附接在未磁化材料的第一和第二母體與軛的相應(yīng)部分之間，然后磁化母體的未磁化材料。軟磁材料層13可以在附接母體之前附接到軛上，或者層13可以先附接在每個(gè)母體上，隨后可以將層13和母體兩者附接在軛上。
在母體附接到軛或支架上之后，可以用任何所要的磁化方法磁化母體的未磁化材料。例如，磁化第一母體的優(yōu)選步驟包括圍繞第一母體安置一線圈，向第一母體外加一脈沖磁場以便將第一母體的未磁化材料轉(zhuǎn)換成至少一個(gè)第一永久磁體，以及從第一永久磁體移去線圈。同樣，磁化第二母體(如果該母體存在的話)的步驟包括圍繞第二母體安置一線圈，向第二母體外加一脈沖磁場以便將第二母體的至少一個(gè)未磁化材料轉(zhuǎn)換成至少一種永久磁體，并從第二母體周圍移去線圈。
磁化第一和第二母體可使用同一的或不同的線圈。例如，可以在第一母體周圍安置一第一線圈而在第二母體周圍安置一第二線圈。將一脈沖電流或電壓同時(shí)或順序地外加到線圈上，以便對第一和第二母體外加一脈沖磁場。或者是，可以只用一個(gè)線圈來順序地磁化第一和第二母體。該線圈首先安置成圍繞第一母體而外加一磁場來磁化第一母體。其后，該同一線圈安置成圍繞第二母體而外加一磁場來磁化第二母體。
最好是，如圖19中所示，安置在母體周圍的線圈裝在罩73中，后者整齊地配合在置于軛61的一部分62上的母體75的周圍。例如，對于有一圓柱形構(gòu)型如圖4中所示的磁體15的母體75，罩73由一空心環(huán)組成，空心環(huán)的內(nèi)徑稍許大于母體75的外徑。線圈安置在罩75的壁內(nèi)。
最好是，罩73內(nèi)同時(shí)設(shè)置一冷卻系統(tǒng)以改善磁化過程。例如，該冷卻系統(tǒng)可以包括在罩73的壁內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)液氮流動通道。液氮是在磁化步驟期間通過罩73提供的。優(yōu)選的是，通過該線圈提供一個(gè)大于2.5泰斯拉最好大于3.0泰斯拉的磁場來磁化母體的未磁化材料如RMB合金。
因此，如果需要，可以通過在可動的和固定的兩永久磁體周圍安置線圈而外加一脈沖磁場來像固定的永久磁場一樣地同時(shí)磁化可動的永久磁體，或者是，可以在與固定的永久磁體不同的時(shí)間磁化可動的永久磁體。例如，因?yàn)榭蓜拥挠谰么朋w小于固定的永久磁體，所以可動的永久磁體可以在設(shè)置于MRI系統(tǒng)中之前磁化。相反，較大的固定永久磁體可以在其附接到MRI軛之后再磁化，以改善裝卸該磁體的安全和容易程度。
最好是，固定永久磁體15的空穴33填充金屬填隙片，如鐵或其它金屬填隙片。最好是，固定的永久磁體15、可動的永久磁體22和/或26以及填隙片的尺寸是同時(shí)設(shè)計(jì)的，而該固定的和可動的永久磁體及填隙片是根據(jù)該設(shè)計(jì)而形成的。例如，可以調(diào)整永久磁體裝置的尺寸來獲得最容易填隙的永久磁體設(shè)計(jì)。
當(dāng)設(shè)計(jì)填隙片和永久磁體的尺寸時(shí)，給定設(shè)計(jì)點(diǎn)的不規(guī)則擾動的填隙片系統(tǒng)的容量受到檢驗(yàn)。然后設(shè)計(jì)永久磁體的形狀和尺寸，以最優(yōu)化該裝置的B0場和填隙性能，同時(shí)在操作期間考慮溫度梯度。然后可以使用計(jì)算機(jī)模擬來對每個(gè)設(shè)計(jì)點(diǎn)確定一個(gè)不均一性的范圍，以決定如何調(diào)整擾動來對每個(gè)點(diǎn)產(chǎn)生一種填隙性能成績而勝任傳輸功能，并為了填隙性能而最優(yōu)化磁體裝置的設(shè)計(jì)。
為了例示和描述的目的已提供了本發(fā)明的上列描述。這些描述不是窮舉的，也并不期望將本發(fā)明限制在已公開的精確形式上，可以按照上述說明或可以根據(jù)本發(fā)明的實(shí)踐來進(jìn)行修改和變化。附圖和描述是為了說明本發(fā)明的原理及其實(shí)際應(yīng)用而選擇的。預(yù)定本發(fā)明的范圍由附屬的權(quán)利要求書及其等效內(nèi)容來限定。
部件清單11磁體裝置13軟磁材料層15固定的永久磁體17第一表面17后表面18高度19第二表面或成象表面20磁場方向22，122 可以移去的永久磁體塊件24，124 孔26，126 可動的永久磁體插塞21，23，25，27臺階28，128 驅(qū)動器29，129 背襯31永久磁體基底區(qū)段或主體33空穴35永久磁體空心環(huán)區(qū)段或主體41，42主表面43邊緣表面48，49主表面51圓孔52膠粘物質(zhì)層54塊體60MRI系統(tǒng)61成象設(shè)備支架或軛62軛部分或板63軛部分或板64軛部分65成象容積66管狀主體67射頻線圈68圖象處理器69病人70病人支架
71 止動器73 罩75 母體111第二磁體裝置113固定的永久磁體117表面119成象表面
權(quán)利要求
1.一種永久磁體裝置(11)，包括一個(gè)固定的永久磁體(15)和一個(gè)可動的永久磁體(22，26)，后者相對于該固定的永久磁體可以活動。
2.權(quán)利要求1的裝置，其特征在于，該可動的永久磁體包括安置在裝置(11)中的孔(24)內(nèi)的可以移去的一些永久磁體塊件(22)，它們適合于加入該裝置中或從其移去，以調(diào)整該裝置的B0磁場。
3.權(quán)利要求1的裝置，其特征在于，該可動的永久磁體包括一個(gè)可動的永久磁體插塞(26)，該插塞(26)通過一個(gè)驅(qū)動器(28)而相對于該固定永久磁體進(jìn)行移動。
4.一種磁性成象設(shè)備(60)，包括一個(gè)軛(61)，包括第一部分(62)、第二部分(63)和至少一個(gè)連接第一和第二部分的第三部分(64)，使得在第一和第二部分之間形成一個(gè)成象容積(65)；以及一個(gè)附接在第一軛部分上的第一永久磁體裝置(11)，其中該永久磁體裝置包括一個(gè)固定的永久磁體(15)和一個(gè)可動的永久磁體(22，26)，后者相對于該固定的永久磁體可以活動。
5.權(quán)利要求4的設(shè)備，其特征在于固定的永久磁體(15)被固定在軛(61)的第一部分(62)上；以及在第一永久磁體裝置(11)的B0磁場調(diào)整期間，可動的永久磁體(22，26)相對于該固定永久磁體可以活動，并適合于當(dāng)設(shè)備(60)處于操作中時(shí)不相對于該固定永久磁體而活動。
6.權(quán)利要求5的設(shè)備，其特征在于，該可動的永久磁體包括可以移去的永久磁體塊件(22)，后者適合于加入第一裝置(11)中或從其移去，以調(diào)整第一裝置的B0磁場。
7.權(quán)利要求5的設(shè)備，其特征在于，該可動的永久磁體包括一個(gè)可動的永久磁體插塞(22)，后者通過驅(qū)動器(28)相對于該固定永久磁體(15)移動。
8.一個(gè)永久磁體裝置(11)，包括一個(gè)固定的永久磁體(15)；以及一個(gè)第一永久磁體機(jī)構(gòu)(22，26)，用于相對于該固定永久磁體移動，以調(diào)整該裝置的B0磁場。
9.一種制造永久磁體裝置(11)的方法，包括提供一個(gè)固定的永久磁體(15)；提供一個(gè)可動的永久磁體(22，26)；以及相對于該固定的永久磁體移動該可動的永久磁體，以調(diào)整該裝置的B0磁場。
10.權(quán)利要求9的方法，其特征在于固定的永久磁體(15)被固定在支架(61)上；以及在裝置(11)的B0場調(diào)整期間，可動地方永久磁體(22，26)相對于該固定的永久磁體移動，在操作裝置時(shí)，該可動磁體并不相對于該固定的永久磁體移動。
全文摘要
一種永久磁體裝置(11)，包括一個(gè)固定的永久磁體(15)和一個(gè)可動的永久磁體(22，26)，后者相對于固定的永久磁體可以移動。
文檔編號G01R33/383GK1604240SQ20041008315
公開日2005年4月6日 申請日期2004年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月29日
發(fā)明者X·黃, E·T·拉斯卡里斯, K·M·阿姆, B·C·阿姆, M·A·小帕爾莫 申請人:通用電氣公司