专利名称：磁场产生设备以及对其进行填垫的方法
技术领域：
本发明公开一般涉及一种磁场产生设备以及对其进行填垫的方法，尤其是涉及一种供核磁共振成像(MRI)之用的磁场产生设备。
背景技术：
使诸如人体组织这样的物质在Z方向上受到均匀磁场(极化场)B0不仅会导致组织中的自旋的单独磁矩，这些磁距希图使其自己与极化场排列成行，并且会导致按随机顺序以其特征拉莫尔频率围绕B0场的磁距进动。如果该物质或者组织在靠近拉莫尔频率的x-y平面上受到横向磁场(激发场)B1，那么网状排列矩或者纵向磁化Mz在x-y平面中旋转或者倾入到x-y平面中以产生网状横向磁矩Mt。在激励信号B1结束之后，通过使所接收到且所处理的受激自旋松弛而发射出信号以形成图像。当利用这些所发射的信号(核磁共振，NMR信号)以产生图像时，那么采用磁场梯度(Gx、Gy、以及Gz)。典型地，通过测量周期的顺序来扫描待成像的区域，在所述测量周期中，该梯度根据所使用的特定定位法而变化。对所接收到的NMR信号的最终集合进行数字化并对其进行处理以利用多种重建技术之一来重建该图像。
对于有用成像而言，在磁共振组件中所使用的MRI磁铁不仅需要密集的均匀磁场，其典型地小于典型为30-50厘米(cm)球形容积之内的磁场变动的10ppm(百万分之…)，并且还需要准确的中心磁场值，其典型地小于0.5％变化。在MRI中所使用的其他磁铁包括具有实质上更小的视场(FOV)的极端磁铁。磁铁所制造的磁场经常受到材料性质的偏差以及制造过程的容差的影响，这会导致从数百至数千ppm磁场变动的极不均匀场，并且会导致远离期望值的不准确的中心磁场。为了获得像容积中的中心磁场的期望准确度以及磁场的希望均匀性以用于有用成像，那么必须对中心磁场进行调节并且使场的不均匀性降低到所期望的值。对于不存在极面的永久磁铁(PM)设计而言，也就是说，PM缺乏具有移动局部场线方向的功能的表面，那么为了保持用于对B0场及均匀性进行调节的PM垫片而典型地采用垫片保持架。使用垫片保持架是很昂贵的、不便的、并且空间效率低，由此高成本地耗用了宝贵的容忍间隙。
因此，MRI技术中需要可克服这些缺点的磁场产生设备以及对其进行填垫的方法。
发明内容
本发明的实施例包括具有永久磁铁排列的磁场产生设备，每个永久磁铁(PM)具有北端和南端，并且每个永久磁铁在相同的南北方向上排列成行。将PM排列配置成在北极端具有一表面、在南极端具有一表面、或者在两端均具有一表面。铁磁材料层牢固地安置在PM的表面之一上，该层具有等于或小于大约15毫米的厚度。
本发明的实施例进一步包括具有PM的磁场产生设备，所述PM具有北极端和南极端以及位于北极端、南极端、或者这两端上的表面。铁磁材料层牢固地安置在PM的一个表面上，该层具有等于或小于大约15毫米的厚度。
本发明的实施例还包括具有PM的磁场产生设备，所述PM具有北极端和南极端以及位于北极端、南极端、或者这两端上的表面。具有多个凹处的非铁磁性垫板牢固地安置在PM的表面上。铁磁材料的过渡层牢固地安置在垫板的一个或多个凹处上。PM垫片安置在该层相对于PM的对边上，该层具有等于或者小于大约15毫米的厚度。
本发明的实施例进一步包括用于对磁场产生设备进行填垫的方法。将多个PM放在适当位置以形成排列，每个PM具有北端和南端，并且每个永久磁铁在相同的南北方向上排列成行，将这多个PM放在适当的位置以使其在PM排列的北极端具有一表面、在PM排列的南极端具有一表面、或者在PM排列的这两端均具有一表面。将具有铁磁材料的层牢固地安置在PM排列的表面之一上，该层具有等于或小于大约15毫米的厚度。
本发明的实施例包括用于对磁场产生设备进行填垫的另一方法。将多个PM放在适当位置以形成排列，每个PM具有北端和南端，并且每个永久磁铁在相同的南北方向上排列成行，将这多个PM放在适当的位置以使其在PM排列的北极端具有一表面、在PM排列的南极端具有一表面、或者在PM排列的这两端均具有一表面。形成垫片组件使其具有牢固安置在PM垫片极面上的铁磁材料层。该垫片组件牢固地位于PM排列的表面上，垫片组件的层紧接于PM排列的表面。该层具有等于或小于大约15毫米的厚度。
参考示例性附图，其中在附图中对相似的元件进行相同的编号图1给出了根据本发明实施例所使用的磁铁组件；图2给出了根据发明实施例的磁场产生设备的示例性填垫排列的一部分；图3给出了图2设备的示例性的一部分；图4和5给出了图2设备的其他示例性部分；图6给出了根据本发明实施例的磁场产生设备的可替换填垫排列；图7给出了用于对图2的设备进行填垫的示例性方法；以及图8给出了图7的可替换方法。
对发明的详细说明本发明的实施例提供了一种供核磁共振成像(MRI)之用的磁场产生设备。该设备的实施例包括永久磁铁(PM)块的排列，该永久磁铁(PM)块具有安置在PM排列的一个或多个端上的薄过渡层；以及一个或多个位于过渡层之上的铁磁性或永久磁铁垫片，用于对合成B0磁场以及磁场均匀性进行控制。虽然这里所描述实施例将多个PM块的排列描绘成永久磁铁的示例性排列，但是应该明白的是，所公开的发明还适用于诸如小的极端永久磁铁这样的其他永久磁铁结构。
图1是MRI磁铁组件10中使用的示例性实施例，该MRI磁铁组件10具有轭状物15、连接柱20、上PM排列25、下PM排列30、以及由铁质材料所制成的中间基板35。在示例性实施例中，并且如图1所示，上、下PM排列25，30包括多个PM磁铁40，每个磁铁40具有不同高度以及平坦表面45，并且通过参考图2可很好得知每个磁铁40是由PM块110的多个105构成的。虽然图1给出了PM磁铁40的同心排列，但是应该明白的是，这仅仅是说明性的，并且上、下PM排列25，30的形状可以根据设计而广泛地改变。例如，上、下PM排列25，30可以是对称的、非对称的、圆形的、或非圆形的。在一个实施例中，并且为了最优化磁铁组件10的设计以使场均匀，PM排列25，30可以是非对称的，以便对轭状物15和柱20的非对称排列进行补偿。
图2给出了磁场产生设备100的一部分的示例性实施例，该磁场产生设备用来形成磁铁组件10的每个磁铁40，该每个磁铁40例如包括PM块110的多个105。PM块110的多个105在这里被称为PM排列105。每个PM块110具有一般由箭头115指示的北端和南端，其中每个PM块110在相同的南北方向上排列成行。通过参考图3可以明显得知，将PM排列105配置成在北极端(北极面)125、南极端(南极面)130、或者这两端125，130上具有平坦表面120。在一个实施例中，图3的平坦表面120与图1的平坦表面45同义。虽然将表面45和120进行讨论和说明为平坦的，但是应该明白的是，其他表面外形同样适合于在这里所公开的本发明的实践的实施例，并且并不对所公开的发明进行限定。将由铁磁材料制成的过渡层135牢固地安置在PM排列105的端部125上，可以是北端或南端，所述过渡层135的厚度等于或小于大约30毫米(mm)，优选地是等于或小于大约15mm，并且更优选地是等于或小于大约5mm。在一个实施例中，将过渡层135安置在PM排列105的两端125，130上。
层135所使用的铁磁材料可以是低碳钢、硅钢、或者适合于这里所公开目的的呈现出铁磁性特性的任何其他钢。在一个实施例中，利用适合于该目的的诸如环氧树脂这样的任何粘合剂而使层135粘附于PM排列105的平坦表面125上。在可替换实施例中，可以使用紧固件以代替粘合剂以将层135牢牢地紧固在PM排列105上。层135可以是单独的瓦片，如图2中所示每个PM块110具有一个瓦片，或者层135可以是覆盖多个PM块110的单层片。层135最好具有不连续性以便降低涡流的存在，由此分段的瓦片好于一个很大的单层片。虽然层135可以由叠片组成，但是层135最好由其不存在多个叠片的单层(单个层)组成的。无论层135是叠片排列还是单层排列，层135具有根据这里所公开的本发明实施例的总厚度。
为了对设备100所产生的合成B0磁场进行控制，利用多个填垫策略可使永久磁铁垫片140，145在策略上位于层135，在相对于PM排列105的层135的对边上，所述填垫策略包括使用统计或者线性编程方法的计算机分析。根据需要如何去改变多个块105的B0场，垫片140，145可以具有如垫片140表示的与PM排列105相同的极性，或者具有如垫片145表示的与PM排列105相反的极性。虽然在图2中仅仅描述了两个垫片140，145，但是应该明白的是，根据需要可以采用单个或多个垫片140，145以根据需要对B0磁场以及均匀性进行控制。通常，进行填垫的目的在于产生均匀场，然而，该目的或者是产生的场具有所希望的梯度特征。在一个实施例中，利用其适合于该目的的任何粘合剂或者固定方法而将垫片140，145粘附在层135上。
在一个可替换实施例中，并同时参考分别说明了矩形和圆柱形垫片的图4和图5，过渡层135位于垫片140，145的北极或南极平坦表面上以形成垫片组件150。图4和图5的实施例与图2的实施例的不同之处在于，图2描述了过渡层135安置在PM排列105的磁极面上，然而图4和图5描述了过渡层135安置在垫片140，145上。使层135排列在垫片140，145上的优点在于，可降低设备100上的涡流以及剩余的磁化。如上所述，层135的厚度等于或者小于大约30mm，优选地是等于或者小于大约15mm，并且更优选地是等于或者小于大约5mm。如先前所讨论的，利用粘合剂或者其他合适方法而将层135固定在垫片140，145上。
在进一步的可替换实施例中，并同时参考图6，可以使用垫板155以收纳组合为垫片组件150的过渡层135和PM垫片140，145。垫板155可以是平板或者具有用于收纳过渡层135的不连续段的凹处。或者，过渡层135可以是除去了战略位置上的部分(不连续性)的整片铁质材料。垫板155可以是模压部件，并且具有过渡层段或者在其中模压的过渡层片135。
按大小排列层135的厚度以便允许在PM排列105与垫片140，145之间进行磁化的本地反转，而不会使磁场在层135上移动。在一个实施例中，层135的厚度等于或者小于大约30mm，等于或者小于大约15mm，等于或者小于大约5mm，等于或者小于大约2mm，或者等于或小于大约1mm，并且可具有等于或大于大约0.1mm或者等于或大于大约0.2mm的厚度。对层135的厚度以及垫片140，145的大小和数目进行选择以便提供密集的均匀磁场，其典型的具有30-50厘米(cm)球形容积之内的小于大约10ppm(百万分之…)的变化，准确的中心磁场值具有典型的小于大约0.5％变化。通过采用本发明的实施例，可将设备100的B0场从目标值控制在小于或等于1高斯之内。
通过利用不使B0场线在层135上移动的薄层135可有效地将不存在于极面的PM设计转换成这样的一设计，该设计拥有具有一极面的PM的特性。如这里所使用的，术语极面是指具有一个功能表面(一个极面，其通常是由厚度大于20mm的铁质材料的厚度叠片的瓦片制成)的PM设计，该功能表面使磁场成形以提供均匀磁场区域，这不是所公开发明的层135的预期功能。
考虑上述内容，根据图7中所描述的方法200可实现对磁场产生设备100的填垫。在205，将永久磁铁块110的多个105放在适当位置以形成具有诸如位于北极端125、南极端130、或者这两端125，130上的多个平坦表面的PM排列105。每个永久磁铁块110在相同南北方向上排列成行。
在210，将由铁磁材料制成的过渡层135牢固地放置在PM排列105的平坦表面125或130上。
在215，通过粘合剂或者其他方式将层135牢固地固定到PM排列105。
在220，将一个或多个铁磁性或永久磁铁垫片140，145放置在与PM排列105相对的层135的那侧，并且在225，通过粘合剂或者其他方式将垫片140，145牢固地固定到层135。
根据图8中所描述的方法250可实现用于对磁场产生设备100进行填垫的替换方法。在255，将永久磁铁块110的多个105放在适当位置以形成具有诸如位于北极端125、南极端130、或者这两端125，130上的多个平坦表面的PM排列105。每个永久磁铁块110在相同南北方向上排列成行。
在260，将由铁磁材料制成的过渡层135牢固地放置在PM排列140，145的极面上以形成垫片组件150。
在265，通过粘合剂或者其他方式将层135牢固地固定到PM垫片140，145，由此固定垫片组件150。
在270，将垫片组件150放置在PM排列105的端部125，130，过渡层135紧接于端部125或130的极面表面，并且在275，通过粘合剂或者其他方式将垫片组件150牢固地固定在PM排列105上。
虽然本发明的实施例描述了一种磁场产生设备100，所述磁场产生设备100具有由用于对B0场以及均匀性进行控制的恒磁材料制成的垫片140，145，但是应该明白的是垫片140，145还可以由用于对B0`场进行调节和控制的铁磁材料制成。
如所公开的，本发明的某些实施例包括下述一些优点局部增强或者降低包括有位于FOV(视场)中心的场这样的磁场的强度能力；利用单层铁磁材料局部对B0场进行控制的能力，由此可实现大小和成本节约；使用反极性永久磁铁垫片以便对B0场进行调节和控制的能力；将B0场控制在从目标值至小于或等于1高斯之内的能力；有效地将不存在极面的PM设计转换成这样的设计的能力，该设计拥有具有一个极面的PM的特性；以及对PM设备进行填垫以使准确的B0场具有高度均匀性，同时保持容忍间隙并且使填垫成本最小化。
虽然参考示例性实施例已对本发明进行了描述，但是对于本领域普通技术人员来说应该明白的是在不脱离本发明范围的情况下可做出各种变化并且等效体可由其单元来替代。此外，在不脱离其本质范围的情况下，可进行多种改进以使特定情况或者材料适用于本发明的教导。因此，本发明并不局限于所公开的作为优选的特定实施例或者并不仅仅局限于为执行本发明所考虑的模式，而是本发明包括其属于随后权利要求范围之内的所有实施例。此外，利用词语第一、第二等等并不表示顺序或者重要性，而是词语第一，第二等等用来区分一个单元与另一个单元。此外，使用次语一、一个等等不表示对数量的限制，而是表示存在至少一个参考项。
部件列表10磁铁组件15轭状物20连接柱25上PM排列30下PM排列
35基板40 PM磁铁45平坦表面100磁场产生设备的部分105多个PM块(排列)110永久磁块115箭头120平坦表面125北极端130南极端135层140垫片145垫片150垫片组件155垫板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
权利要求
1. 一种磁场产生设备(100)，包括一个排列(105)，该排列包括多个永久磁铁(PM)(110)，每个永久磁铁具有北端(125)和南端(130)，并且每个永久磁铁在相同的南北方向上排列成行，将PM排列(105)配置成在北极端(125)具有一表面(120)、在南极端(130)具有一表面(120)、或者在这两端均具有一表面(120)；以及一个层(135)，该层包括牢固地安置在PM排列(105)的表面(120)之一上的铁磁材料，其中该层(135)具有等于或小于大约15毫米的厚度。
2.根据权利要求1的设备(100)，其中层(135)具有等于或小于大约1毫米的厚度；并且层(135)具有等于或小于大约0.2毫米的厚度。
3.根据权利要求1的设备(100)，其中层(135)包括不存在多个叠片的单层。
4.根据权利要求1的设备(100)，进一步包括至少一个永久磁铁垫片(140，145)，其放置在该层相对于PM排列(105)的对边上；其中至少一个垫片(140，145)包括具有与PM排列(105)相同极性的第一垫片(140)以及具有与PM排列(105)不同极性的第二垫片(145)。
5.根据权利要求1的设备(100)，其中层(135)是分段的。
6.根据权利要求1的设备(100)，进一步包括一个B0场，该B0场从目标值至小于或等于1高斯之间变化。
7.一种磁场产生设备(100)，包括一个永久磁铁(110)，该永久磁铁具有北极端(125)和南极端(130)，以及位于北极端(125)、南极端(130)、或者这两端上的表面(120)；以及一个层(135)，该层包括牢固地安置在永久磁铁(110)的表面(120)之一上的铁磁材料，其中该层(135)具有等于或小于大约15毫米的厚度。
8.根据权利要求1的设备(100)，进一步包括至少一个永久磁铁垫片(140，145)，其安置在该层相对于永久磁铁(110)的对边上，至少一个垫片(140，145)包括具有与永久磁铁(110)相同极性的第一垫片(140)以及具有与永久磁铁(110)不同极性的第二垫片(145)；其中层(135)包括不存在多个叠片的单层；并且将单层粘附在永久磁铁(110)上。
9.一种磁场产生设备(100)，包括一个永久磁铁(110)，该永久磁铁具有北极端(125)和南极端(130)，以及位于北极端(125)、南极端(130)、或者这两端上的表面(120)；一个非铁磁性垫板(155)，该垫板具有多个凹处，垫板(155)安置在永久磁铁(110)的表面上；一个过渡层(135)，该过渡层包括牢固地安置在垫板(155)的一个或多个凹处上的铁磁材料；以及一个永久磁铁垫片(140，145)，该垫片安置在层(135)相对于永久磁铁(110)的对边上；其中层(135)具有等于或者小于大约15毫米的厚度。
10.根据权利要求9的设备(100)，其中层(135)包括其不存在多个叠片的单层。
全文摘要
公开了一种具有永久磁铁(110)的排列(105)的磁场产生设备(100)，每个永久磁铁(PM)具有北端(125)和南端(130)，并且每个永久磁铁在相同的南北方向上排列成行。将PM排列(105)配置成在北极端(125)具有一表面(120)、在南极端(130)具有一表面(120)、或者在两端均具有一表面(120)。铁磁材料层(135)牢固地安置在PM排列(120)的一个表面上，该层(135)具有等于或小于大约15毫米的厚度。
文档编号H01F7/02GK1712982SQ20051007865
公开日2005年12月28日 申请日期2005年6月21日 优先权日2004年6月21日
发明者J·黄, H·卢 申请人:通用电气公司