专利名称：具有相对永磁体的磁路及调整其磁场的方法
技术领域：
本发明涉及具有相对永磁体的磁路以及调整这种磁路磁场的方法。
背景技术：
对于用于核磁共振成像装置(也称之为MRI)的使用永磁体的磁场产生器件而言，既定的情况是使用具有由稀土磁体制成的相对永磁体的磁路。如下面所详述，这种磁体相对型磁路包括永磁体和使磁体的磁通从其中通过的磁轭，并且通常还包括极靴，极靴优选地由软铁这样的软磁材料制成，它位于永磁体的表面上以在永磁体之间的间隙中产生均匀磁场。通常情况下，磁场的调节是通过在极靴、倾斜的磁场线圈或类似物上提供被称之为填隙片夹持器(shim holder)的填隙材料的夹持板并且进一步在其上提供如软磁体或永磁体块这样的填隙元件(shim member)而进行。
MRI图像的清晰度极大地受磁场的均匀性的影响。因此，在生产MRI装置时，尤其重要地是进行布置以容易获得均匀的磁场。
此处被包括进来作为参考的日本专利临时公开H1-164356/1989A、日本专利临时公开H9-56692/1997A、日本专利H5-87962/1993B以及其它文件教导了一种使用软磁元件或永磁体调节磁场的方法。例如，日本专利临时公开H1-164356/1989A公开了一种方法，其中用于磁场调节的多个小永磁体块由螺钉紧固在固定板上，该紧固板靠近极靴设置。
当使用软磁元件调节磁场时，就有可能例如通过使用软磁元件薄板来相对容易地改变软磁元件的厚度和尺寸，特别是也有可能制备小元件。但是另一方面，更优选地使用永磁体块而不是软磁元件来调节磁场，因为通过沿与主磁场相反的方向使用永磁体块的极性能够在必要之处可调节地减弱磁场。但是，到现在为止，对磁体块的尺寸，例如对实际所使用的磁体块的尺寸都没有具体规定，精确来讲，不清楚应当使用什么种类的磁体块，因此就很难对磁场做出精确调节。
发明内容
为了便于用永磁体调节磁场，优选地要制备多个适于磁场调节的永磁体块。但是传统上并没有公开适于调节磁场的永磁体的详细技术。通常情况下是使用用手可以掌控的尺寸的永磁体块(数量级为5×10-6Wb的磁体块)，但是在这种情况下，会发生这样的问题永磁体块导致磁场的均匀性发生很大变化，并且很难对磁场进行调节。因此，本发明的目的是展示出用于调节磁场的合适的永磁体块的条件，以便于调节磁场。
在本发明的一个方面中，提供了一种具有相对永磁体的磁路，包括一对通过间隙相面对的永磁体，该对永磁体被沿厚度方向磁化；磁轭，其与所述永磁体磁耦合，并位于所述永磁体和所述间隙外部；一对极靴，其中的每一个被设置在每一个永磁体的相对表面的间隙侧，并且沿相对方向具有边缘突起；调节性永磁体块，其具有至多2×10-7Wb的磁通量，并被设置与所述间隙中的磁场发生磁联系。优选地，所述调节性永磁体块具有至少800kA/m的矫顽力。
在本发明的另一个方面中，提供了一种调节具有相对永磁体的磁路的磁场的方法，所述磁路包括一对通过间隙相互面对的永磁体，该对永磁体被沿厚度方向磁化；磁轭，其与所述永磁体磁耦合，并位于所述永磁体和所述间隙外部；一对极靴，其中的每一个被设置在每一个永磁体的相对表面的间隙侧，并且沿相对方向具有边缘突起；所述方法包括步骤提供具有至多2×10-7Wb的磁通量的调节性永磁体块以便与所述间隙中形成的磁场发生磁联系。
如下面所详细描述的，根据本发明，很容易调节永磁体相对型磁路的磁场。
图1为根据本发明的实施例的永磁体相对型磁路的示意图。
具体实施例方式
下面参考附图描述本发明的实施例。当然，下面描述的实施例并不对本发明构成限制。如上所述，本发明提供了一种永磁体相对型磁路，其中很容易调节该磁路的磁场均匀性，还提供了一种用于调节永磁体相对型磁路的磁场的方法。
图1显示了根据本发明的实施例的永磁体相对型磁路的示意图。图1只显示了永磁体相对型磁路的下面部分，因为永磁体相对型磁路的上面部分和下面部分可以是对称的。但是，即使上面部分和下面部分不对称，如果结构相同的话，本发明也适用。如图1所示，根据本发明的永磁体相对型磁路1包括一对通过间隙而相互对置的永磁体2，其沿厚度方向被磁化；磁轭3，其与所述永磁体磁耦合，并位于所述永磁体之间的所述间隙外部；一对极靴4，其被设置在每一个永磁体的相对表面的间隙侧，并且沿相对方向具有边缘突起。
由于永磁体2可以与传统的一样，因此此处省略对其的详细描述。沿厚度方向磁化的所述永磁体对通过间隙相对，从而在间隙中形成主磁场。特别地，在MRI中使用磁路的情况下，主磁场通常具有至少0.1T的磁场强度。尽管没有特别的限制，例如铁氧体磁体或稀土磁体都可以用作永磁体，但是优选地使用具有高能量乘积的Nd-Fe-B基、Sm-Co基、或Sm-Fe-N基稀土烧结磁体，因为这样会减少所需的磁体量，从而有可能使器件更小。永磁体的形状例如可以是圆形或方形，并且尽管不是特别的限制，但优选地永磁体具有与极靴一样的形状。磁化方向基本上垂直于相对的永磁体的表面(厚度方向)，并且指向相同的方向。特别地，在MRI中使用的磁路中，磁路的用于形成主磁场的永磁体通常被配置而在其中并入具有至少2×10-3Wb的磁通量的块。
由于磁轭3可以与传统的一样，因此此处省略对其的详细描述。磁轭位于永磁体之间的间隙的外部，并且与永磁体磁耦合。由此，便形成闭合的磁路。对磁轭的形状没有特别的限制，它可以是任意形状，例如它可以是字母C形的，方形的，或者也可以形成为两个圆柱。更具体一些，一对基本平行的板状磁轭可以由圆柱状磁轭支撑，永磁体被设置在板状磁轭相对的表面上。
由于极靴4可以与传统的一样，因此此处省略对其的详细描述。在相对方向具有边缘突起的极靴对被设置在每个永磁体的相对表面的间隙侧，这可以改善磁路的磁场的均匀性。也就是说，如果在间隙的中心部分按理论方式设置球形或椭球形空间(也称之为鉴定空间)，磁路的磁场均匀性是根据该鉴定空间中的磁场分布来鉴定的，那么，在极靴为简单的圆盘形时，鉴定空间的赤道部分的磁场强度要低于两极部分的磁场强度。但是，如果极靴被设置了边缘突起，那么鉴定空间的赤道部分与边缘突起之间的物理距离更近，在赤道部分的磁场强度会增加，由此会改善穿越整个鉴定空间的磁场的均匀性。另外，为了进一步改善磁场均匀性，可以在极靴的基底部分的边缘提供多个比所述边缘突起台阶小的小突起。
为了在相对的极靴的间隙中产生倾斜的磁场，通常在极靴的间隙侧的凹入部分中设置一对倾斜的磁场线圈5。利用该倾斜磁场线圈可以有意识地对极靴间隙中的均匀磁场空间的磁场均匀性进行线性干扰。假定此时接收到包括非均匀磁场信息的NMR信号，在将该信号转变为图像时还可以提供空间信息。
另外，本发明还提供了方便调整磁场的永磁体块。也就是说，在本发明中，可以通过下述方式来调节磁场设置最大磁通量为2×10-7Wb的调节性永磁体6并使得其与极靴之间的所述间隙中形成的磁场发生磁接触。如上所述，本发明中使用了永磁体块，因此本发明比使用软磁元件的情况要好，因为通过沿与主磁场相反的方向设置永磁体块，就有可能做出调整以消弱磁场。
此处，调节性永磁体具有至多2×10-7Wb(Vs)的磁通量，优选在1×10-7Wb至1×10-8Wb之间。因此，通过使用具有小磁通量的永磁体块，磁场可以很顺利地进行线性调节。由此，在使用多个调节性永磁体块时，这些磁体块所在位置处的磁场可以根据它们的数量来调节。因此，如果制备了多个给定磁通量的永磁体块，那么就很容易通过控制调节性永磁体块的数量来调节所需的磁场。
使用小磁通量的磁体块调节磁场相当于例如在研磨金属表面时用更精细的研磨材料能使金属表面更光滑。但是，就传统而言，磁体的尺寸应当降低到什么程度，并没有清楚地给出标准。因此，关于怎样制造小磁通量的磁体块没有相应的指导，并且也没能制备出合适的磁体块。并且，传统上磁场是通过使用手所能掌控的磁体(对于5×10-6Wb的Nd-Fe-B磁体，3mm×3mm的数量级)来调节的。在这种情况下，因为由单个磁体块调节的磁通量很大，因此会出现这样的情况，例如，在需要将磁通量改变1×10-6Wb时，却将磁通量改变了5倍的该数量，所出现的问题是不能靠简单地设置单独一个磁体块来增加所获得的均匀性。传统上，遇到这种情况时，就有必要进行下面的程序，例如在需要改变磁通的地方的整个周围附添上磁体块来彻底改变磁通。用这种方式，可以调节磁场，因为如果将磁体块放置于稍微偏离其预想位置的点处来改变磁通，可以使磁通的变化很小。但是，因为其它点处的磁通量也会由此而变化，因此有必要进行重新测量和重新计算。本发明的发明人发现，为了通过简单设置磁体块来调节磁通量，优选地磁体块具有至多2×10-7Wb的磁通量。如果磁通量比该数字小，那么磁场均匀性可以改善，但是磁体块会变得更小，这样它们就很难用手来掌控也很难生产。
在另一方面，在调节性永磁体块的最小单位大于2×10-7Wb时，该最小单位，也就是单个调节性永磁体块所调节的磁场的变化量就会太大，就会出现很难精细调节均匀性的问题。如上所述，在设置传统上使用的最小单位(5×10-6Wb)的永磁体块以通过磁场调节来增加空间中某点的磁场时，在有些情况下会使磁场增加的过多，反而恶化了磁场的均匀性。在这种情况下，就必须在其它部分设置更多磁体以相对减弱所希望调节的部分的磁场。但是，根据本发明，这种必要性就不存在，并且可以降低调节性永磁体块的磁体数量。
此处的重要之处在于最小单位，也就是使得单个调节性永磁体块的磁通量变小，并且为其设立条件。作为调查研究的结果，本发明的发明人发现如果永磁体型磁路中使用的调节性永磁体块的磁通量的最小单位为2×10-7Wb或更小，并且优选为1×10-7Wb至1×10-8Wb，那么这样的调节性永磁体块便适于调节磁场。
另外，尽管使用了永磁体，但是当在磁场中使用时，在某些情况下有可能它们会遭受磁路的主磁场所导致的磁性降低。特别地，因为本发明中使用的调节性永磁体具有相对较小的磁通量，因此磁性降低的影响就相当大。因此，本发明的发明人对此点进行了调查研究并且发现，如果永磁体块的矫顽力优选地至少为800kA/m，并且更优选地为1000kA/m至1200kA/m，磁性降低的问题就不太可能发生。
当调节性永磁体块的永磁材料的矫顽力小于800kA/m时，会出现下面的情况，其中当沿与磁路的主磁场相反的方向使用磁体时，会由于发生装置的磁场出现磁性损失的问题，由此造成不能实现所期望的调节。考虑到调节性永磁体块有可能会触及磁路的极靴的磁场很强的部分，因此优选地矫顽力为1000kA/m至1200kA/m。
对于调节性永磁体块，任何已知类型的磁体都可以使用而无特别限制，并且任何已知的方法都可用于它们的生产。例如，可以使用小的烧结磁体，也可以使用其磁性由于受热或其它因素而被降低的烧结磁体。另外，也有可能使用粘结磁体，也就是由永磁体粉组合上树脂或类似物制成的磁性被稀释的磁体。
另外，对于调节性永磁体块的磁性材料也没有特别的限制，可以使用任何已知的磁性材料，并且可以用任何已知方法来生产。但是，稀土磁体通常被用作如上所述具有高矫顽力的磁体材料，并且优选地使用被称之为Sm2Co17基或Nd2Fe14B基稀土磁体的稀土磁体。
另外，对于调节性永磁体块的形状没有特别的限制，它们可以是棱柱形(例如立方体和长方体)、圆柱形或球形，具体是根据使用目的进行适当选择。另外，调节性永磁体块可以是例如下面这样的永磁体块烧结磁体被固定不动地埋入非磁性材料如塑料、树脂、橡胶或玻璃、黄铜或铝制成的壳中。这种情况被优选是因为即使磁体块很小，也可以通过使壳体足够大而能用手操作而使得调节性永磁体块能用手掌控。这是因为当制造磁通量为2×10-7Wb或更小的烧结磁体块，通常不可避免的是它们的尺寸为1mm或更小，因此很难用手掌控。
为了用调节性永磁体块调节磁路的磁场，有必要设置调节性永磁体块以使其与在极靴之间的间隙中形成的磁场(也称之为主磁场)发生磁性接触。此处，与主磁场磁性接触表示这样一种条件永磁体块能够实质上影响主磁场，以便能够调节例如主磁场的尺度或方向。
尽管不是特别限定，但是具体而言，优选地将调节性永磁体块设置在例如极靴4或倾斜的磁场线圈5之上，即位于极靴4和倾斜的磁场线圈5之间的位置或位于倾斜的磁场线圈5的间隙侧的表面上。另外，也有可能提供夹持元件(未示出)以夹持调节性永磁体块并将磁体块置于其上。在这种情况下，夹持板可以被设置在任何合适的位置，例如形成磁路的主磁场的永磁体和极靴之间，极靴和倾斜的磁场线圈之间，或者倾斜的磁场线圈的间隙侧的表面上。夹持元件可为任意形状，例如板形或棒形。另外，没有必要使得调节性永磁体的位置相对于鉴定空间垂直，也就是位于永磁体2的侧面上，其也可以相对于鉴定空间的侧面设置(未示出)。
对于调节性永磁体与极靴、倾斜的磁场线圈或固定板或其它类似部件的连接没有特别的限制，可以以任何已知的方法进行连接。例如，调节性永磁体可以用合适的粘合剂来连接，或者也可以用螺钉来对其进行固定。
可以通过提供至少一块，优选地是提供多块这样的调节性永磁体块来对磁场进行有利地调节。尽管不是特别的限制，但是优选地，如果提供了多个调节性永磁体块，则它们的磁通量要相同。如上所述，在本发明中，通过使用具有小磁通量的永磁体块可以对磁场进行很好的线性调节，可以使用多个调节性永磁体块以便它们所在位置处的磁场能够根据磁体块的数量而增加。
因此，根据本发明，利用如上所述的调节性永磁体块可以很容易地调节磁场，另外，如上所述的调节性永磁体块即使在反方向也可以可靠地使用。磁场的调节，即调节性永磁体块的位置和数量的确定可以与传统方式相同，另外，尽管不是特别的限制，但是优选地，要借助于计算机来对磁场进行系统调节。对于借助于计算机的调节，可能会使用诸如数学程序、线性程序和7平面法(7-plane method)等方法。在这些方法中，线性程序适于本发明磁场的调节，因为用线性程序以相对小的计算量可以获得最佳结果，前提是在初始值与目标值之间的差异不大的情况下(例如，两个数量级的差异)。
实施例如下参照附图对本发明的一个工作实例进行描述。自然地，下面所描述的工作实例并不对本发明构成限制。
在当前的工作实例中，为具有相对永磁体的MRI磁路提供0.2T的磁场强度和400mm的倾斜磁场线圈之间的垂直间隙。利用这样的磁路，鉴定空间被设置为具有350mm直径大小的区域，由此对磁场进行调节。
对于调节性永磁体块(填隙磁体(shim magnets))，将剩余磁通密度为1.3T、矫顽力为1200kA/m的Nd2Fe14B磁体切割成小磁体块并将其嵌入能够用手来掌控的塑料块中来使用。为了测量均匀性，利用NMR特斯拉计(tesla meter)测量350mm直径球体表面上的134个点处的磁场强度，均匀性被定义为最大值与最小值之间的差。表1显示了单个调节性永磁体块的磁通量与所达到的磁场均匀性之间的关系。
表1
在磁场强度为0.2T的MRI中，可以看出由于通常需要不超过30ppm的均匀性，所以最小磁通单位应为2×10-7Wb。另外，如使用矫顽力为240kA/m(2×10-7Wb)的铁氧体磁体，当其触及MRI的极靴时其磁性会丢失，因此不能使用。
从上述内容可以清楚地看到，本发明通过使用适于磁场调节的最小单位的调节性磁体块减小了磁体量并改善了磁场均匀性。
应当意识到，前面所公开的内容只强调了本发明的某些特定的实施例，所有对其进行的等效修改或变更都在所附的权利要求书限定的本发明的精神和范围之内。
权利要求
1.一种具有相对永磁体的磁路，包括一对通过间隙相面对的永磁体，该对永磁体被沿厚度方向磁化；磁轭，其与所述永磁体磁耦合，并位于所述永磁体和所述间隙外部；一对极靴，其中的每一个被设置在每一个永磁体的相对表面的间隙侧，并且沿相对方向具有边缘突起；调节性永磁体块，其具有至多2×10-7Wb的磁通量，并被设置以与所述间隙中形成的磁场磁联系。
2.如权利要求1所述的具有相对永磁体的磁路，其中所述调节性永磁体块具有至少800kA/m的矫顽力。
3.一种调节具有相对永磁体的磁路的磁场的方法，所述磁路包括一对通过间隙相面对的永磁体，该对永磁体被沿厚度方向磁化；磁轭，其与所述永磁体磁耦合，并位于所述永磁体和所述间隙外部；一对极靴，其中的每一个被设置在每一个永磁体的相对表面的间隙侧，并且沿相对方向具有边缘突起，所述方法包括步骤提供具有至多2×10-7Wb的磁通量的调节性永磁体块以便与所述间隙中形成的磁场发生磁联系。
全文摘要
本发明的目的是方便磁场的调节，为此目的提供了一种具有相对永磁体的磁路，包括一对通过间隙相面对的永磁体，该对永磁体被沿厚度方向磁化；磁轭，其与所述永磁体磁耦合，并位于所述永磁体和所述间隙外部；一对极靴，其中的每一个被设置在每一个永磁体的相对表面的间隙侧，并且沿相对方向具有边缘突起；调节性永磁体块，其具有至多2×10
文档编号G01R33/38GK1627094SQ200410100080
公开日2005年6月15日 申请日期2004年12月10日 优先权日2003年12月10日
发明者土井祐仁, 宫田浩二, 樋口大 申请人:信越化学工业株式会社